A tárgy neve Meghirdető tanszék(csoport) Felelős oktató: Kredit Heti óraszám típus Számonkérés Teljesíthetőség feltétele Párhuzamosan feltétel Előfeltétel Helyettesítő tárgyak Periódus Javasolt félév Kötelező vagy kötelezően választható
ÁLTALÁNOS FIZIKA SZTE JGYTFK FIZIKA TANSZÉK Dr. Kövesdi Katalin 4 4 gyakorlat gyakorlati jegy
őszi félév/évente I. kötelező
AJÁNLOTT IRODALOM Dr. Halász Tibor - Dr. Jurisits József – Dr. Szűcs József: Fizika 11-12. Mozaik Kiadó, 2004. Székely György: Ennyit kell(ene) tudnod fizikából I. Panem-Akkord Kiadó Székely György: Fizika példatár. Panem-Akkord Kiadó Dr. Gyémánt Iván – Dr. Molnár Miklós: Hússzor hat. Mozaik Oktatási Stúdió
A TANTÁRGY RÉSZLETES TEMATIKÁJA A TANTÁRGY CÉLJA: Feleleveníteni a fizikával kapcsolatos középiskolai matematikai ismereteket, bővíteni a vektorokkal végezhető műveletek halmazát a vektoriális szorzással, valamint elsajátíttatni a hallgatókkal a differenciálszámítás elemeit. Másrészt átismételni, rendszerezni, elmélyíteni és szükség esetén kiegészíteni azokat a fizikai ismereteket, amelyeket a hallgatók a különböző középiskolákban a 2 ill. 3 éves fizikaoktatás során megszereztek. Erősíteni a hallgatók lényegkiemelő, rendszerező, kapcsolatfelismerő képességét. Megvizsgálni, hogy: • A hallgatók elsajátították-e a legfontosabb tényeket, fogalmakat, szabályokat, törvényeket? • Felismerik-e a jelenségeket, változásokat, kölcsönhatásokat, a kölcsönható partnereket és ezek kapcsolatát? • Felismerik-e a megfelelő ekvivalencia-relációkat, az azonosságokat, a különbözőségeket és a hasonlóságokat? • Milyen szintű a fizikai problémát felismerő, megértő és megoldó képességük? • Tudják-e alkalmazni ismereteiket a belső algoritmus szintjén egyszerűbb fizikai problémák megoldásakor? MATEMATIKA Cél: A vektoralgebra alapfogalmainak és a vektorokkal végzett műveleteknek fizika feladatok megoldásán keresztül történő, alkalmazás szintű elsajátíttatása. A differenciálszámítással kapcsolatos alapfogalmak, szabályok, és elemi függvények differenciálhányadosainak ismeretében egyszerűbb fizikai problémák megoldása differenciálszámítás segítségével. Tananyag: A vektor fogalma. Vektorok összeadása és kivonása. Vektor szorzása skalárral. Két vektor skaláris szorzata. Két vektor vektoriális szorzata. Vektorok lineáris függetlensége, derékszögű alaprendszer. Műveletek végzése derékszögű koordinátákkal megadott vektorok esetén. A lineáris- és a másodfokú függvény jellemzői és képük. A függvény valamely pontjába húzható érintő problémája. Differencia- és differenciálhányados, és geometriai jelentésük. Legfontosabb differenciálási szabályok. Elemi függvények differenciálhányadosa. A differenciálszámítás alkalmazása néhány egyszerű fizikai probléma megoldásakor. Követelmény: • Legyen tisztában az alábbi fogalmakkal: vektor, a vektor hosszúsága, állása, értelme, két vektor hajlásszöge. • El tudja végezni a vektorok között értelmezett műveleteket mind síkban ábrázolt, mind derékszögű koordinátákkal megadott vektorok esetén. Legyen tisztában azzal, hogy két vektor szorzásának a végeredménye lehet egy szám, de lehet egy újabb vektor is.
2
• Tudja értelmezni a vektori szorzat nagyságát, mint egy paralelogramma területét, és meg tudja állapítani a vektorszorzat eredményeként kapott vektor irányát is. • Jártasság szinten ismerje a függvény, az értelmezési tartomány, az értékkészlet fogalmát, a lineáris függvény meredekségének meghatározási módját a függvénygörbe segítségével. • Ismerje a differencia- és a differenciálhányados közötti különbséget. • Az elemi függvények differenciálhányadosainak és a differenciálszámítás szabályainak ismeretében legyen képes egyszerűbb függvények deriváltjainak kiszámolására. MECHANIKA A TESTEK MOZGÁSA: Cél: Feleleveníteni és alkalmazni kész tudássá érlelni a kinematikában megismert alapfogalmakat, mennyiségeket, mértékegységeket, szabályokat, törvényeket. Önálló felhasználásra alkalmassá tenni a viszonylagosság fogalmát, feladatokon keresztül tudatosítani a vonatkoztatási rendszer és a koordinátarendszer megválasztásának szabadságát. Kvalitatív és kvantitatív feladatok megoldásán keresztül mélyíteni a mozgásokra vonatkozó ismereteket. Tananyag: Alapfogalmak a transzlációs és rotációs mozgások jellemzéséhez és leírásához: anyagi pont, merev test, helyvektor, elmozdulásvektor, mozgás, vonatkoztatási rendszer, koordinátarendszer, anyagi pont, merev test, pálya, út, elmozdulás, sebesség, átlagsebesség, pillanatnyi sebesség, átlaggyorsulás, pillanatnyi gyorsulás, szögelfordulás, átlag-szögsebesség, pillanatnyi szögsebesség, szöggyorsulás, periódusidő, rezgésszám. Az egyenes vonalú egyenletes mozgás kvalitatív és kvantitatív jellemzése. A sebesség fogalma. Az egyenes vonalú egyenletesen változó mozgás kvalitatív és kvantitatív jellemzése. Az átlagsebesség és a pillanatnyi sebesség fogalma. Az átlaggyorsulás, a pillanatnyi gyorsulás, mint a sebességváltozást jellemző mennyiség. A szabadon eső test mozgásának jellemzése. Az összetett mozgások: vízszintes és függőleges hajítás kvalitatív és kvantitatív leírása. Az egyenletes körmozgás és az egyenletesen változó körmozgás leírása szögmennyiségekkel. Követelmény: • Tudják alkalmazni a helymeghatározásnál és a mozgások vizsgálatánál a viszonylagosság fogalmát és a mozgások függetlenségének elvét.
3
• Tudják alkalmazni az egyenletes mozgás sebességének, az átlag- és pillanatnyi sebességnek, a sebességvektornak, az egyenletesen változó mozgás gyorsulásának fogalmát, valamint ezek meghatározási módját mind algebrai, mind grafikus úton, tudjanak ezekkel és a négyzetes úttörvénnyel kapcsolatos feladatokat megoldani. • Tudják jellemezni a szabadesést, mint egyenletesen gyorsuló mozgást, ismerjék fel a kapcsolatát a vízszintes és függőleges hajítással. • Tudják jellemezni a periodikus mozgásokat, a megismert összefüggéseket tudják alkalmazni egyszerűbb feladatok megoldása során.
A TÖMEG ÉS AZ ERŐ Cél: Az eddig megismert dinamikai fogalmak, törvények felelevenítése és közel egységes, alkalmazhatósági szintre hozása. Rendszerezés, lényegkiemelés, ok – okozati, valamint a függvénykapcsolatok közötti összefüggések és különbségek tudatosítása. A dinamika területéről különböző kvalitatív és kvantitatív problémák elemzése ill. kinematikai és dinamikai kérdéseket összekapcsoló feladatok megoldása. Tananyag: A tehetetlenség fogalma. Newton I. törvénye és az inerciarendszer. A tömeg fogalma és mérése. Zárt rendszer. A lendület és a lendület-megmaradás törvénye. Az erőhatás, mint lendületváltoztató hatás, és mértéke az erő. Newton II. és III. törvénye. Több erőhatás együttes eredménye, az eredő erő. Különféle erőhatások és következményeik. Anyagi pont nyugalmának dinamikai feltétele. Kinematikailag már vizsgált, különféle mozgások létrejöttének dinamikai feltétele. Erőpár, forgatónyomaték. A merev test egyensúlyának dinamikai feltétele. Tömegközéppont, súlypont fogalma és meghatározásának módja. A bolygók mozgása. Kepler törvényei, mesterséges égitestek, súlytalanság. A felsorolt fogalmakkal, törvényekkel kapcsolatos kvalitatív és kvantitatív problémák megoldása. Követelmény: • Tudják értelmezni és a gyakorlatban alkalmazni a tömeg, lendület, erő fogalmát, a lendület megmaradásának tételét, a Newton-féle törvényeket. • Tudjanak különbséget tenni egyensúlyi helyzetek esetén az egy kölcsönhatásban fellépő két erő, és az egy testet érő, egymás hatását kiegyenlítő két erő között. • Ismerjék a különféle erőhatásokat, a nagyságukat és az irányukat megadó erőtörvényeket. • Tudjanak erőket ábrázolni, valamint több erőhatás eredőjét mind geometriai, mind algebrai úton kiszámolni. • Tudják megfogalmazni és feladatmegoldás során alkalmazni a különféle mozgások létrejöttének dinamikai feltételét.
4
• Ismerjék, és problémamegoldás során tudják alkalmazni az anyagi pont és a kiterjedt merev test egyensúlyának feltételét ENERGIA, MUNKA Cél: Az energiáról és munkáról tanult ismeretek felelevenítése, rendszerezése, és egységes, alkalmazhatósági szintre emelése. Annak tudatosítása, hogy a munka az energiaváltozás egyik fajtája. Kiemelni a „megmaradó” mennyiségek szerepét és jelentőségét az energiaváltozással járó folyamatok vizsgálatánál, valamint hangsúlyozni a megmaradó mennyiségek kapcsolatát a zárt rendszerben lezajló kölcsönhatásokkal. Jártasságot szerezni a különféle energiafajták értelmezésében és kiszámításában, a munkatétel alkalmazásában és az alkalmazhatóság feltételének felismerésében, a változó erő munkájának grafikus úton történő kiszámolásában. Tananyag: Az energia, mint egy rendszer állapotát jellemző mennyiség. Mozgási, kölcsönhatási, rugalmas energia értékének kiszámolása. Energiaváltozás erőhatás és a következtében létrejött elmozdulás esetén: a munka. Emelési, súrlódási, feszítési és gyorsítási munka kiszámolása. Munkatétel. A mechanikai energia fogalma, konzervatív és disszipatív erők. A mechanikai energia-megmaradás tétele, és érvényességi határa. A teljesítmény és a hatásfok fogalma. A fent felsorolt fogalmakkal, tételekkel kapcsolatos kvalitatív és kvantitatív feladatok megoldása. Követelmény: • Értsék az energia, energiaváltozás, munkavégzés, munka fogalmakat, jártasság szintjén tudjanak munkát számolni állandó erőhatás és egyenletesen változó erőhatás esetén mind algebrai úton, mind az erő – út diagram segítségével. • Tudják értelmezni és kiszámolni a mozgási energiát, a kölcsönhatási energiát, a rugalmas energiát, kvalitatív és kvantitatív feladatok megoldásánál tudják alkalmazni a munkatételt. • Ismerjék a mechanikai energia fogalmát, megmaradási tételét, és ennek érvényességi határát. • Értsék és tudják alkalmazni a teljesítmény és hatásfok fogalmát az energiaváltozással járó folyamatok jellemzésénél. • Jártasság szinten tudjanak az adott mennyiségek vonatkozásában mértékegységekkel számolni.
MECHANIKAI REZGÉSEK ÉS HULLÁMOK Cél: Feleleveníteni a rezgésekről, hullámokról eddig tanultakat: definíciójuk, fajtáik, kvalitatív és kvantitatív jellemzőik. Párhuzamot vonni az egyenletes körmozgást végző anyagi pont vetülete és a harmonikus rezgőmozgás között. Tudatosítani,
5
hogy egy változás az időben nem csak egyenletes lehet, így nem csak lineáris függvénykapcsolattal adható meg, hanem másképpen is. A tananyag: A mechanikai rezgések jellemző mennyiségei. A harmonikus rezgés dinamikai feltétele. Rezgő rendszer energiája. A fonálinga, mint harmonikus rezgőmozgást végző anyagi pont. A rezgéseket befolyásoló hatások és a következményeik. A mechanikai hullámok jellemzői, kapcsolat a jellemzők között. A hullámok típusai. Hullámok viselkedése új közeg határán, ezeket leíró összefüggések. Hullámok interferenciája, állóhullámok. A hanghullámok és jellemzőik. A fenti fogalmakkal és összefüggésekkel kapcsolatos feladatok megoldása.
Követelmény: • Tudják kvalitatív és kvantitatív módon jellemezni a rezgéseket, ismerjék a rezgéseket jellemző mennyiségek közötti összefüggéseket, és tudják alkalmazni feladatmegoldásoknál. • A rugalmas erő és az energiaviszonyok változásait vizsgálva ismerjék fel a rendszeren belüli energiaváltozásokat, és az energia-megmaradás törvényének érvényesülését. • Tudják jellemezni a korábban megismert mechanikai hullámokat, ismerjék a hullámmozgást jellemző mennyiségeket és tudjanak ezek alkalmazásával egyszerűbb feladatokat megoldani. • Ismerjék a hullámok viselkedését új közeg határán, és problémamegoldásnál tudják alkalmazni a visszaverődés, törés törvényeit. • Tudják alkalmazni a hullámokról szerzett ismereteket a hangjelenségek magyarázatánál (visszhang, hangelhajlás, Doppler-jelenség).
EGYENSÚLY FOLYADÉKOKBAN Cél: A nyomásról, nyomóerőről, felhajtóerőről tanultak átismétlése, rendszerezése. A folyadékba merülő test egyensúlyi helyzetének vizsgálata. Pascal és Arkhimédész törvényének alkalmazása problémamegoldás során. A hajszál-csövességre és a közlekedőedényekre vonatkozó törvényszerűségek és gyakorlati vonatkozások felidézése. Tananyag: A folyadék súlyából származó nyomás: hidrosztatikai nyomás. A hidrosztatikai nyomás értékének kiszámolása. Oldal, fenék, és felfelé irányuló nyomás. Pascal törvénye. Közlekedő edények és a közlekedő edények törvénye. Felületi feszültség és hajszálcsövesség. A felhajtóerő fogalma, kiszámolásának módja, Arkhimédész törvénye. A testek úszása. Az úszás, lebegés, elmerülés feltétele. Követelmény:
6
• Ismerjék a nyomás fogalmát, megváltoztatásának lehetőségeit, a mértékegységeit. • Tudják Pascal törvényét és ennek gyakorlati vonatkozásait. • Tudják a felhajtóerő létrejöttének okait, ismerjék a nagyságát befolyásoló tényezőket. • Legyenek képesek megfogalmazni az úszás, merülés, lebegés feltételét, Arkhimédész törvényét, és ezeket problémamegoldás során alkalmazni. • Ismerjék a hajszálcsövesség jelenségét, legyenek képesek alkalmazni feladatmegoldás során a közlekedő edényekre vonatkozó törvényszerűségeket. • Tudják értelmezni a felületi feszültség létrejöttét mulekuláris erőhatások segítségével.
HŐTAN Cél: Felidézni, rendszerezni a hőtani alapfogalmakat, alapjelenségeket, és ezek mennyiségi vonatkozásait. Az ideális gázok különböző állapotváltozásának kvantitatív tárgyalásán keresztül, kvalitatív molekuláris értelmezéssel kiemelni a gázok korpuszkuláris felépítettségét. A hőtan I. főtételének matematikai megfogalmazásával kiterjeszteni az energia-megmaradás elvét a mechanikai és a termikus kölcsönhatásokra is. Alkalmazni az általánosított energia-megmaradás elvét a szilárd, légnemű és cseppfolyós fázisok átalakulására. Reverzibilis és irreverzibilis folyamatok és a hőtan II. főtétele. Tananyag: A belső energia, a hőmérséklet fogalma, az abszolút 0 fok és fizikai jelentősége. Szilárd, cseppfolyós, légnemű anyagok hőtágulása, azok mennyiségi összefüggései. A gázok állapothatározói. Ideális gázokra vonatkozó gáztörvények és az állapotegyenlet. Állapotváltozások ábrázolása és értelmezése a p – V állapotsíkon. A gázok nyomásának, belső energiájának és a gáztörvényeknek értelmezése a részecskemodell alapján. A rendezettség fogalma. A hőtan I. és II. főtételének értelmezése és matematikai megfogalmazása. A hőmennyiség, a fajhő fogalma. A gázok állapotváltozásainak energetikai vizsgálata. Halmazállapot-változások. A fázisátalakulások energetikai vizsgálata az I. főtétel felhasználásával. A fenti fogalmak és törvények felhasználásával különböző hőtani feladatok megoldása. Követelmény: • Ismerjék a hőtágulás jelenségét, a tanult összefüggések alapján tudjanak egyszerű számolásokat végezni a különböző halmazállapotú testek hőtágulásának kiszámolására. • Ismerjék a gázok állapotjelzőit, az állapotváltozás fogalmát, a speciális állapotváltozások feltételeit. A gáztörvények és az állapotegyenlet alkalmazásával tudjanak egyszerűbb kvalitatív és kvantitatív feladatokat megoldani.
7
• Hatékonyan tudják alkalmazni az állapotváltozás szemléltetésére és a feladatok megoldásánál a p – V diagramot. • Tudják megfogalmazni és alkalmazni az I. főtételt az ideális gázok állapotváltozásainak energetikai vizsgálatánál. • Értsék a II. főtétel lényegét és annak molekuláris értelmezését, valamint azt, hogy miért nem készíthető másodfajú örökmozgó. • Tudjanak a kiterjesztett energia-megmaradási elv alkalmazásával különböző, fázisátalakulással kapcsolatos feladatot megoldani. ELEKTROMOSSÁGTAN ELEKTROMOS MEZŐ, ELEKTROMOS ÁRAM. Cél: A középiskolában megszerzett elektromosságtani ismeretek felelevenítése, rendszerezése, szintetizálása. Elektrosztatikus jelenségek értelmezése. A stacionárius elektromos áram létrejöttének, törvényszerűségeinek felidézése. Az elektromos töltés, elektromos áram, elektromos feszültség és ellenállás fogalma, és a közöttük levő mennyiségi összefüggések, törvények rendszerezése és alkalmazása. Tananyag: A testek elektromos állapota, vezetők, szigetelők, megosztás jelensége. Coulomb törvénye, elektromos térerősség. Az elektromos potenciál és a feszültség. A kondenzátor, kapacitás, kondenzátorok kapcsolása, az elektromos mező energiája. Az elektromos áram, az áramerősség, és mérése. Az elektromos ellenállás, a vezetők ellenállását befolyásoló tényezők. Az eredő ellenállás és meghatározása. Ohm törvénye vezető szakaszra és teljes áramkörre. Az elektromos munka és teljesítmény. Fogyasztók és áramforrások kapcsolása egyenáramú körökben. Az áramvezetés típusainak felelevenítése. Az áram hatásai. Követelmény: • Ismerjék az elektromos mező fogalmát, tudják mennyiségileg jellemezni erőhatás és munkavégzés szempontjából, tudjanak egyszerű elektrosztatikai számításos feladatot megoldani (Coulomb törvényre, térerősségre, feszültségre, összekapcsolt síkkondenzátorok eredő kapacitására és energiájára). • Ismerjék az áramkört jellemző alapvető fizikai mennyiségek (feszültség, áramerősség, ellenállás) értelmezését, mértékegységét valamint meghatározási módját. • Tudják Ohm törvényét vezető szakaszra és teljes áramkörre, ismerjék a vezető ellenállását befolyásoló tényezőket, ismerjék a fogyasztók soros, párhuzamos és vegyes kapcsolását, azok törvényszerűségeit, tudjanak ezek alkalmazásával egyszerűbb kvalitatív és kvantitatív feladatokat megoldani. • Tudják elkészíteni egyszerűbb áramkörök kapcsolási rajzát, ennek alapján az áramkört összeállítani és áramerősséget és feszültséget mérni. • Ismerjék az elektromos áram hatásain alapuló egyszerű eszközök kapcsolási rajzát és elvi működését.
8
MÁGNESES MEZŐ, AZ ELEKTROMÁGNESES INDUKCIÓ Cél: A mágneses mező jellemző mennyiségeinek felelevenítése, az elektromos és mágneses mező jellemzése közötti analógia ill. különbözőség megmutatása. Az energia és az energia-megmaradás kiterjesztése. Az elektromágnesség sokrétű gyakorlati alkalmazásának bemutatása és értelmezése. Tananyag: Mágneses indukció, mágneses fluxus. Egyenes vezető és tekercs mágneses mezője. Mágneses mező hatása áramvezetőre, ill. mozgó töltésre. A Lorentz erő. Mozgási indukció, az indukált feszültség és áram, Lenz törvénye. A váltakozó feszültség előállítása és jellemzői, a hálózati feszültség és áram. Nyugalmi indukció és önindukció. A mágneses mező energiája. A transzformátor és jellemzői, az energiaszállítás. Az elektromos rezgőkör és jellemzői, a Thomson-formula. Követelmény: • Kvalitatív és kvantitatív módon tudják jellemezni a különböző alakú áramvezetők mágneses mezőjét. • Ismerjék a mágneses mező mozgó töltésre gyakorolt hatását és ennek gyakorlati jelentőségét. • Tudják értelmezni és egyszerűbb feladatokban alkalmazni a mozgási indukció jelenségét. • Ismerjék és tudják kiszámolni a váltakozó feszültség és -áramerősség legfontosabb jellemzőit, ezek kapcsolatát. • Értsék, hogy a nyugalmi indukció és az önindukció a mágneses és elektromos mező kölcsönhatása, vegyék észre az energia-megmaradás törvényét. • Ismerjék a transzformátor működési elvét, tudják alkalmazni a legfontosabb törvényszerűségeit. • Ismerjék az elektromágneses jelenségekkel, a rezgőkörökkel kapcsolatos alapvető fizikai mennyiségeket és összefüggéseket, tudjanak ezek alkalmazásával egyszerűbb feladatokat megoldani. ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK. OPTIKA Cél: Felidézni és rendszerezni az adott témakörben a középiskolában tanultakat: Annak erősítése, hogy nem csak változó mágneses mező hoz létre maga körül elektromos mezőt, hanem változó elektromos mező is mágneses mezőt hoz létre. Párhuzamot vonni a mechanikai hullámok és az elektromágneses hullámok mennyiségi jellemzői és terjedéskor fellépő tulajdonságai között. Az elektromágneses spektrum áttekintése, jellemzése, a fény tulajdonságainak felidézése. A fényvisszaverődés, fénytörés, fényelhajlás, fénypolarizáció, a fényinterferencia jelensége, ezek törvényszerűségei. Az optikai eszközök fajtái, képalkotásuk, leképezési törvény, nagyítás.
9
Tananyag: Az elektromágneses hullámok előállítása rezgőkörrel, a hullámok legfontosabb tulajdonságai, csoportosításuk, teljes elektromágneses színkép. A hullámhossz és a frekvencia közötti kvantitatív kapcsolat alkalmazása egyszerűbb problémák megoldásában. A fény terjedési sebessége, a visszaverődés és törés törvényei. A Snellius- Descartes törvény, a törésmutató. Egyszerűbb feladatok a törési törvény alkalmazására, prizma és planparalel lemez esetén. A teljes visszaverődés és gyakorlati alkalmazása. Fényelhajlás, interferencia, optikai rés és rács. A fehér fény felbontása prizmával és ráccsal. Színkép, színkeverés. Egyszerű optikai eszközök képalkotása nevezetes sugármenet segítségével. A kapott kép jellemzése. A leképezési törvény alkalmazása feladatokban. Optikai eszközök gyakorlati alkalmazása. Követelmény: • Ismerjék a változó mágneses és elektromos mező kölcsönös indukáló képességét, mint az elektromágneses mezők közeg nélküli tovaterjedésének legfontosabb feltételét. • Ismerjék az elektromágneses hullámok legfontosabb tulajdonságait, tudják alkalmazni a frekvencia és a hullámhossz közötti összefüggést problémamegoldáskor. • Tudják használni az elektromágneses hullámok hullámtulajdonságai alapján észrevett analógiát a mechanikai hullámokkal, ugyanakkor legyenek tisztában a legfontosabb különbséggel is (nincs szükség közvetítő közegre). • Ismerjék az elektromágneses hullámok sokféleségét, megjelenési formáit a gyakorlatban, frekvenciával vagy hullámhosszal való jellemezhetőségüket. • Tudjanak egyszerű numerikus feladatokat megoldani a fényvisszaverődés, fénytörés törvényeinek alkalmazásával. • Ismerjék a fényelhajlás jelenségét résen ill. optikai rácson, az összefüggéseket tudják alkalmazni egyszerűbb számolásos feladatokban. • Ismerjék, hogy a különböző színű fények milyen fizikai mennyiséggel jellemezhetők, ismerjék a látható fény hullámhosszhatárait, a színfelbontás jelenségét. • A leképezés geometriai modellje alapján tudják értelmezni a valódi és látszólagos kép keletkezésének lényegét, és tudják alkalmazni a leképezési törvényt numerikus feladatokban. • Ismerjék a tükrök, lencsék, planparalel lemezek, prizmák néhány gyakorlati alkalmazását.
ATOM- ÉS MAGFIZIKA, CSILLAGÁSZAT Cél: Felidézni, rendszerbe foglalni, elmélyíteni és szükség esetén kiegészíteni azokat az ismereteket, melyeket e témakörben, a középiskolában tanultak. Az Einstein-féle fotonelmélet, és az elektron hullámtulajdonságainak felidézésével rámutat-ni arra,
10
hogy a klasszikus fizika számára újszerű, idegen, de a mikrovilágban mindenütt jelen levő, kísérletileg igazolt kettős természet a mikrorészecskék mozgásának leírására új fizikai leírásmódot követel. A korábban megismert atommodellek és a kozmikus világmodellek segítségével bemutatni a modellalkotás dialektikáját, rámutatni az egyes modellek érvényességi határára. Összefoglalni az atommag legfontosabb fizikai tulajdonságait, felidézni az alapvető nukleáris kölcsönhatásokat, azok legfontosabb tulajdonságait a magenergia felszabadításának elvi lehetőségeit. Rámutatni a belátható anyagi világ egységére: mely szerint ugyanolyan fizikai törvények irányítják a kozmikus jelenségeket is, mint amilyeneket megismertünk a földi körülmények között játszódó jelenségekre. Tananyag: A klasszikus fizika megoldatlan problémái (hőmérsékleti sugárzás ellentmondásai, fényelektromos jelenség). Einstein foton-hipotézise, a fényelektromos egyenlet. A fény és a mikrorészecskék kettős természete. Az anyaghullám, kísérleti kimutatása és ennek gyakorlati alkalmazásai. Klasszikus atommodellek és fejlődésük. Az atom hullámmodellje, a periódusos rendszer felépítésének értelmezése, a Pauli-féle kizárási elv. Az atommag mérete, tömege, belső szerkezete. Izotópok fogalma. Az atommag kötési energiájának fogalma. A mag cseppmodellje. Radioaktív sugárzások, az atommag radioaktív bomlása. A természetes radioaktív sugárzás fajtái és jellemzői. Bomlási törvények, bomlási sorok. A sugárzás biológiai hatásai. A sugárvédelem alapjai. Atomenergia felszabadítása maghasadásos láncreakció útján, az atombomba és az atomreaktor. Atomenergia felszabadítása magfúzióval. A Nap és a csillagok fúziós energiatermelése. A Naprendszer kialakulása és felépítése. Helyünk a világmindenségben. A belátható világegyetem fontosabb paraméterei. Követelmény: • Ismerjék és tudják értelmezni a fényelektromos jelenség kvantitatív összefüggését, valamint a fotoeffektus gyakorlati alkalmazásait. • Tudják helyesen értelmezni a fény kettős természetét, ismerjék a hullám- illetve részecske-természet kísérleti bizonyítékait. • Ismerjék a de Broglie anyaghullám hipotézisét, az elektron hullámtermé-szetét igazoló kísérlet lényegét. • Ismerjék a klasszikus atommodelleket, azok használhatóságát és hiányosságait. Tudják értelmezni a Bohr modell segítségével a hidrogénatom színképvonalainak keletkezését. • A kvantummechanikai modell segítségével tudják értelmezni az atomok alap- és gerjesztett állapotait, ismerjék a kvantumszámok szemléletes jelentését, Paulielvet és a periódusos rendszer felépülését. • Az atommag belső szerkezetének ismeretében legyenek képesek értelmezni az alapvető nukleáris kölcsönhatásokat, a radioaktív sugárzásokat. Az aktivitás, a felezési idő fogalmának, valamint a bomlási törvény ismeretében tudjanak egyszerű feladatokat megoldani. • Legyenek tisztában a sugárzások biológiai hatásaival, az alapvető sugárvédelmi ismeretekkel, a nukleáris technika széles körű és biztonságos alkalmazásával.
11
• Tudjanak tájékozódni az univerzumban: ismerjék a Naprendszerünk kialakulásának vázlatos történetét, legfontosabb adatait, a Tejútrendszerben elfoglalt helyünket, tudjanak más galaxisok létéről, azok méretéről, távolságáról. • Ismerjék a csillagok fejlődésének egyes fázisait, az univerzum keletkezésének és fejlődésének elméletét, a jövőjének lehetséges alakulását, a világűr kutatásának eddigi legfontosabb eredményeit.
12
