Ministerstvo školstva Slovenskej republiky OSNOVY GYMNÁZIA osemročné štúdium F Y Z I K A povinný učebný predmet Schválilo Ministerstvo školstva Slovenskej republiky 2.4.1997 pod číslom 1797/97-15 s platnosťou od 1.9.1997
Učebné osnovy gymnázia osemročné štúdium FYZIKA CIELE Poslaním vyučovania fyziky v gymnáziu s osemročným štúdiom je poskytnúť žiakom vedomosti a zručnosti, ktoré im umožnia správne chápať a vysvetľovať javy, deje a zákonitosti reálneho sveta a ktoré sú podstatné pre utváranie fyzikálneho a spolu s poznatkami z iných prírodovedných predmetov aj prírodovedného obrazu sveta. Dôraz sa kladie na rozvoj poznávacích schopností žiakov, spôsobilosť samostatne získavať a využívať informácie v situáciách, do ktorých sa dostávajú v prírode, spoločnosti a každodennom živote. Výchovno-vzdelávací proces vo fyzike smeruje k tomu, aby žiaci - poznali fyzikálne javy, deje, stavy, zákony a teórie, pochopili ich podstatu, súvislosti a príčinné vzťahy medzi nimi, - poznali fyzikálne pojmy, veličiny a ich jednotky, sústavu SI, - pochopili fyzikálnu podstatu javov bežného života, vzťah fyziky k iným vedným disciplínám a technike, - osvojili si a používali metódy a techniky fyzikálneho poznávania - systematické pozorovanie a opis javov, meranie vybraných fyzikálnych veličín, fyzikálny experiment, vedeli zaznamenať, spracovať, vyhodnotiť a zovšeobecniť výsledky, - vedeli uvažovať induktívne, deduktívne a pomocou analógií, - vedeli používať terminológiu, frazeológiu a symboliku, prijaté konvencie, - nadobudli zručnosť používať matematický aparát vo fyzike, čítať a konštruovať grafy funkčných závislostí medzi fyzikálnymi veličinami, - vedeli aplikovať získané vedomosti a zručnosti pri riešení fyzikálnych problémov a úloh, pri štúdiu ďalších prírodovedných či technických predmetov, modelovať jednoduché fyzikálne javy a procesy, efektívne pritom využívať výpočtovú techniku, - vedeli získavať informácie z textu a iných zdrojov, triediť a zaznamenať ich, začleniť do sústavy fyzikálnych poznatkov, - dokázali posúdiť sociálne a environmentálne dôsledky aplikácií fyziky, chápali potrebu a poznali spôsoby ochrany zdravia a životného prostredia, - chápali fyzikálne poznanie ako dôležitú súčasť ľudskej kultúry a ako podmienku rozvoja vedy, techniky a spoločnosti, - osvojili si návyky, postoje, hodnoty dôležité pre ďalšie vzdelávanie, tvorivú činnosť, vzťah k iným a k sebe.
OBSAH V obsahu fyzikálneho vzdelávania sú zaradené tie fyzikálne pojmy, zákony, teórie, metódy práce, ktoré i pri súčasnom rozvoji fyziky a techniky tvoria pre žiaka nevyhnutný, relatívne stabilný základ na orientáciu v pribúdajúcich informáciách a ktoré sú podstatné pre ďalšie prehlbovanie a rozširovanie jeho poznania. V učebných osnovách je zaradené základné učivo, ktoré si má počas gymnaziálneho štúdia osvojiť, aj keď na rôznej úrovni, každý žiak. Pre prácu so žiakmi, ktorí majú predpoklady osvojiť si fyziku aj v základnom kurze dôkladnejšie, sú niektoré námety na rozšírenie učiva uvedené v hranatých zátvorkách. je usporiadaný tak, že utvára kontinuálny kurz fyzikálneho vzdelávania, v ktorom sa jednoduchšie a menej obťažné učivo sprístupňuje jednorazovo, k ostatnému je možné opakovane sa vrátiť vždy na kvalitatívne vyššej úrovni a v širších súvislostiach. Učivo je rozložené do 3. až 8. ročníka s časovou dotáciou 2, 3, 3, 2, 3, 2 vyučovacích hodín týždenne. V každom ročníku je jedna hodina týždenne určená na prácu s delenou triedou (frontálne pokusy, laboratórne a teoretické cvičenia, priebežné prehlbovanie, upevňovanie a systematizácia poznatkov). Učebné osnovy sú záväzné stanoveným základným učivom a v súvislosti s ním vymedzenými konkrétnymi cieľmi. V kompetencii učiteľa (predmetovej komisie) je navrhnúť reálne počty hodín pre tematické celky, či témy učiva, prípadne uvážiť zmeny v navrhnutej štruktúre učiva a jeho zaradenia do ročníkov. Učiteľ rozhoduje o výbere a spôsobe demonštrácií fyzikálnych javov, o konkrétnom obsahu teoretických cvičení a pod. Učebný plán gymnázia obsahuje rozširujúce hodiny, z ktorých môže fyzika čerpať na posilnenie časovej dotácie povinného vyučovania, na voliteľné vyučovanie, prípadne ich využiť aj na koncipovanie ďalšieho povinného predmetu s fyzikálnou tematikou.
Prehľad tematických celkov Orientačný počet hodín 3. ročník ( 6 6 h) 1. Vlastnosti telies. Porovnávanie a meranie 14 2. Pohyb a sila 31 3. Mechanická práca a energia 21 4. ročník ( 9 9 h) 4. Stavba látok. Mechanické vlastnosti kvapalín a plynov 36 5. Elektromagnetické javy 47 6. Svetelné javy. Optické zobrazovanie 16 5. ročník ( 9 9 h) 7. Fyzikálne veličiny a ich meranie 9 8. Mechanika 90 6. ročník ( 6 6 h) 9. Kmitanie 20 10. Molekulová fyzika a termodynamika 46 7. ročník ( 9 9 h) 11. Elektrina a magnetizmus 99 8. ročník ( 6 0 h) 12. Vlnenie 20 13. [Základy špeciálnej teórie relativity] 14. Základy fyziky mikrosveta24 15. [Astrofyzika] Zhrnutie a systematizácia poznatkov 16 z učiva fyziky v gymnáziu
Poznámka Ak sa predmetová komisia pre fyziku rozhodne posunúť začiatok vyučovania fyziky do 2. ročníka so základnou časovou dotáciou napr. 2, 2, 2, 3, 3, 3 hodiny týždenne v 2. až 7. ročníku, odporúčame učivo v nižších ročníkoch usporiadať takto: 2. ročník ( 6 6 h) 1. Vlastnosti telies. Porovnávanie a meranie ( 1 ) * 2. Časticové zloženie látok ( 4. 1 ) 3. Elektrické a magnetické vlastnosti látok ( 5. 1 ) 4. Elektrický obvod. Elektrický prúd ( 5. 2 ) 3. ročník ( 6 6 h) 5. Pohyb a sila (2.1, 2.2, 2.3) 6. Mechanické vlastnosti kvapalín a plynov ( 4. 2, 4. 3 ) 4. ročník ( 6 6 h) 7. Mechanická práca a energia (3) 8. Elektromagnetické javy ( 5. 3, 5. 4 ) 9. Svetelné javy. Optické zobrazovanie ( 6 ) V zátvorkách sú uvedené čísla príslušných tematických celkov a tém zo s. 6-12. a obsah tematických celkov 1. Vlastnosti telies. Porovnávanie a meranie - rozlíšiť merateľné a nemerateľné vlastnosti telesa, - odhadnúť dĺžku, objem, hmotnosť objektov známych žiakom, - vedieť merať dĺžkovými meradlami, odmerným valcom, rovnoramennými váhami, stopkami, Celziovým teplomerom - s istou presnosťou odmerať dĺžku, objem, hmotnosť a teplotu telesa, - zapísať nameranú hodnotu a zaokrúhliť výsledok merania, - určiť odchýlku merania, - použiť jednotky vybraných fyzikálnych veličín, - zostaviť z nameraných hodnôt tabuľku, zostrojiť graf a vedieť zistiť údaje z grafu, - používať tabuľky hustoty látok, - aplikovať vzťah na výpočet hustoty telesa pri riešení úloh, Teleso a jeho vlastnosti. Fyzikálna veličina. Názov, značka a jednotka fyzikálnej veličiny. Meranie dĺžky. Jednotky dĺžky, dĺžkové meradlá. Zaokrúhľovanie a zápis nameranej hodnoty, platné číslice. Odchýlka merania. Určenie aritmetického priemeru nameraných hodnôt. Meranie
objemu. Jednotky objemu. Meranie objemu odmerným valcom. Hmotnosť telesa. Jednotky hmotnosti. Rovnoramenné váhy. Meranie hmotnosti pevného a kvapalného telesa. Hustota. Jednotky hustoty. Určenie hustoty pevných a kvapalných látok. Čas. Jednotky času. Meranie času stopkami. Meranie teploty. Zmena objemu kvapalín a pevných látok pri ohrievaní a ochladzovaní. Vyrovnávanie teploty dvoch telies pri vzájomnom styku. Teplomer. Jednotka teploty - Celziov stupeň. 2. Pohyb a sila 2.1 Pohyb telesa - charakterizovať gravitačné pôsobenie Zeme na telesá v jej okolí, - rozlíšiť na jednoduchých príkladoch pokoj a pohyb telies, rovnomerný a nerovnomerný pohyb, - riešiť úlohy s využitím vzťahu v = s/t, - používať jednotky rýchlosti, - vypočítať priemernú rýchlosť nerovnomerného pohybu, - zostrojiť graf z daných hodnôt dráhy a času, čítať z grafu hodnoty, dráhy, času a rýchlosti pohybujúceho sa telesa, Vzájomné pôsobenie telies. Jav gravitácie. Pokoj a pohyb telesa, ich relatívnosť. Dráha. Priamočiary a krivočiary pohyb. Rovnomerný a nerovnomerný pohyb. Rýchlosť rovnomerného pohybu. Jednotky rýchlosti. Grafické zobrazenie priamej úmernosti dráhy a času rovnomerného pohybu. Priemerná rýchlosť. 2.2 Sila a jej meranie. Skladanie síl - charakterizovať silu ako veličinu, ktorá má veľkosť a smer, - znázorniť silu orientovanou úsečkou, - aplikovať vzťah F = mg v úlohách, - čítať a zostrojiť graf priamej úmernosti predĺženia pružiny a ťahovej sily, - skladať sily pôsobiace na teleso v tej istej priamke s rovnakým alebo opačným smerom, - určiť ťažisko telesa, Sila a jej znázornenie. Jednotka sily. Priama úmernosť medzi hmotnosťou telesa a gravitačnou silou. [Tiaž telesa.] Meranie sily. Skladanie síl rovnakého a opačného smeru. Rovnováha síl. Ťažisko telesa. [Sily pôsobiace na teleso na naklonenej rovine. Skladanie rôznobežných síl. Rovnobežník síl.]
2.3 Účinky sily na teleso - vysvetliť na príkladoch Newtonove pohybové zákony (kvalitatívne), - pokusom overiť otáčavý účinok sily na páku, - riešiť úlohy s použitím vzťahu M= F.a, - aplikovať pri riešení úloh vzťah na výpočet tlaku p = F/S, - opísať trenie ako jav a jeho prejavy. Posuvné účinky sily. Newtonove pohybové zákony. Urýchľujúce a brzdiace účinky sily. Zákon zotrvačnosti. Zákon vzájomného pôsobenia telies. Otáčavé účinky sily. Účinok sily na teleso otáčavé okolo pevnej osi. Moment sily. Páka. Rovnovážna poloha páky. Použitie páky. Rovnoramenné váhy. Pevná kladka. Deformačné účinky sily. Tlaková sila. Tlak. Jednotky tlaku. Trenie. Trecia sila. Meranie trecej sily. Význam trenia. 3. Mechanická práca a energia - vysvetliť fyzikálny význam pojmov práca, výkon, energia, - vysvetliť pojmy pohybová a polohová energia, analyzovať proces ich vzájomných premien, - aplikovať vzťahy W = F.s, P = W/t, E = mgh, pri riešení úloh - používať jednotky práce a výkonu. Práca pri premiestení telesa, jednotky práce. Práca vykonaná pri dvíhaní telesa na kladke. Výkon, jednotky výkonu. Pohybová a polohová energia telesa. Vzájomná premena pohybovej a polohovej energie. 4. Stavba látok. Mechanické vlastnosti kvapalín a plynov 4.1 Časticové zloženie látok - opísať deliteľnosť častíc, - dokázať pokusom neustály neusporiadaný pohyb častíc, - opísať a znázorniť zjednodušený model atómu, - charakterizovať časticové zloženie a vlastnosti pevných látok, kvapalín a plynov.
Atóm, model atómu, molekula. Pohyb častíc, Brownov pohyb, difúzia. Časticové zloženie pevných, kvapalných a plynných látok. 4.2 Mechanické vlastnosti kvapalín - vysvetliť na konkrétnom príklade Pascalov zákon, - riešiť úlohy s využitím vzťahov p = h g a F z = V h g, - vysvetliť Archimedov zákon na konkrétnom príklade, - aplikovať v úlohách znalosť podmienok potápania, plávania a vznášania sa telies v kvapalinách. Pascalov zákon a jeho aplikácie. Pôsobenie gravitačnej sily na kvapalinu. Tlaková sila, hydrostatický tlak. Vztlaková sila. Archimedov zákon. Podmienky plávania, vznášania a potápania sa telies v kvapaline. 4.3 Mechanické vlastnosti plynov - vysvetliť a dokázať pôsobenie atmosférického tlaku na Zemi - riešiť úlohy s využitím vzťahov p = h.ρ. g a Fvz = Vk.ρ. g pre plyny - odmerať atmosférický tlak. Atmosféra Zeme. Atmosférický tlak. Toricelliho pokus. Meranie atmosférického tlaku. Normálny tlak. Zmeny atmosférického tlaku, tlaková výš, tlaková níž, [meteorologická mapa]. Výškomer. Vztlaková sila pôsobiaca na teleso v atmosfére. [Balóny. Tlak plynu v uzavretej nádobe; pretlak a podtlak, manometer.] 5. Elektromagnetické javy 5.1 Elektrické a magnetické vlastnosti látok - vysvetliť a experimentálne dokázať jav elektrizovania telies, - opísať a použiť elektrometer, - prakticky určiť severný a južný magnetický a zemepisný pól Zeme, vysvetliť princíp činnosti buzoly a kompasu.
Elektrický náboj. Elementárny elektrický náboj, jednotka elektrického náboja. Elektrizovanie telesa. Elektrometer. Elektrická sila. Elektrické pole. Siločiary elektrického poľa. Prírodné a umelé magnety. Tyčový magnet. Vzájomné pôsobenie súhlasných a nesúhlasných pólov tyčových magnetov. Magnetická sila, magnetické pole. Magnetizácia látky. Indukčné čiary magnetického poľa. Magnetické pole Zeme. 5.2 Elektricky obvod.elektricky prúd - nakresliť elektrický obvod pomocou schematických značiek, vedieť použiť schémy, - poznať základné časti elektrického obvodu, vedieť zapojiť nerozvetvený a rozvetvený elektrický obvod, - odmerať v elektrickom obvode veľkosť prúdu a napätia, - vysvetliť vedenie elektrického prúdu v kovoch, kvapalinách a plynoch na základe časticového zloženia látok, - rozlíšiť elektrické vodiče a izolanty, - poznať pravidlá bezpečnosti pri práci s elektrickými zariadeniami a pravidlá ochrany pred bleskom. Základné časti elektrického obvodu, schematické značky. Elektrický prúd v kovových vodičoch. Elektrický prúd ako fyzikálna veličina, jednotky elektrického prúdu. Smer elektrického prúdu v obvode. Ampérmeter, meranie elektrického prúdu. Zdroje elektrického napätia. Elektrické napätie, jednotky elektrického napätia. Voltmeter, meranie elektrického napätia. Elektrické vodiče a izolanty. Nerozvetvený a rozvetvený elektrický obvod. [Tepelné elektrické spotrebiče.] Poistka. Vedenie elektrického prúdu v kvapalinách. Vedenie elektrického prúdu v plynoch. Blesk. Bezpečnosť pri práci s elektrickými zariadeniami. 5.3 Zákony elektrického prúdu v obvodoch - vysvetliť vzťah priamej úmernosti medzi elektrickým prúdom a elektrickým napätím v kovovom vodiči - Ohmov zákon, - zostrojiť graf závislosti medzi prúdom a napätím na rezistore, čítať a interpretovať graf, - riešiť úlohy s využitím vzťahu R =U/I, - používať jednotky prúdu, napätia a odporu. - vypočítať výsledný odpor rezistorov zapojených vedľa seba a za sebou, - opísať závislosť odporu vodiča od jeho vlastností, - použiť reostat na reguláciu prúdu a napätia.
Ohmov zákon. Rezistor. Elektrický odpor, jednotky odporu. Výsledný odpor rezistorov spojených za sebou. Výsledný odpor rezistorov spojených vedľa seba. Závislosť odporu od vlastností vodiča. Reostat a jeho použitie na reguláciu prúdu alebo ako deliča napätia v obvode. Elektrický príkon. Elektrická práca. Jednotka elektrickej práce. Elektrická energia. 5.4 Elektromagnetické javy - ilustrovať pokusom existenciu magnetického poľa v okolí vodiča a cievky s prúdom, - experimentálne dokázať pôsobenie magnetického poľa na cievku s prúdom, - vysvetliť jav elektromagnetickej indukcie, - zobraziť magnetické pole cievky s prúdom magnetickými indukčnými čiarami, - porovnať magnetické vlastnosti trvalého magnetu a cievky s prúdom. Magnetické pole v okolí vodiča s prúdom. Magnetické pole cievky s prúdom. Určenie magnetických pólov cievky. Elektromagnet. Rovnorodé magnetické pole. Pôsobenie rovnorodého magnetického poľa na cievku s prúdom. [Jednosmerný elektromotor. ] Elektromagnetická indukcia. Vznik indukovaného prúdu. 6. Svetelné javy. Optické zobrazovanie - ilustrovať pokusom priamočiare šírenie svetla, - opísať vznik tieňa a polotieňa, - vysvetliť vznik fáz Mesiaca, zatmenie Mesiaca a zatmenie Slnka, - vysvetliť zákon odrazu a lomu svetla, - vysvetliť postup pri optickom zobrazovaní, zrkadlami a šošovkami, - porovnať podmienky vzniku skutočného a neskutočného obrazu, - zobraziť predmet rovinným a guľovými zrkadlami, spojkou a rozptylkou, - určiť polohu a fyzikálne vlastnosti obrazu, - použiť zobrazovaciu rovnicu zrkadla a tenkej šošovky pri riešení úloh, - poznať chyby oka a vplyv hygieny osvetlenia na zdravie, - vysvetliť funkciu okuliarov. Priamočiare šírenie svetla. Svetelné zdroje. Svetelný lúč. Tieň. Fázy Mesiaca, zatmenie Mesiaca. Zatmenie Slnka. Rýchlosť svetla. Optická sústava a optické zobrazovanie. Odraz svetla. Zákon odrazu. Rovinné a guľové zrkadlo. Zobrazovacia rovnica zrkadla. Zobrazovanie zrkadlami. Zrkadlá v praxi. Lom svetla na rovinnom
rozhraní dvoch prostredí; lom ku kolmici a od kolmice. Spojka a rozptylka. Zobrazovacia rovnica tenkej šošovky. Zobrazovanie tenkými šošovkami. Zobrazovanie niektorými optickými sústavami - lupou, okom, [mikroskopom, ďalekohľadom.] 7. Fyzikálne veličiny a ich meranie - používať fyzikálne veličiny SI a ich jednotky, l - vyjadrovať vzťahy medzi fyzikálnymi veličinami (tabuľkou, grafom, veličinovou rovnicou), čítať informácie sprostredkované tabuľkou, grafom, - rozlišovať skalárne a vektorové veličiny, - navrhnúť a uskutočniť pozorovanie javu, meranie fyzikálnej veličiny, experiment, výsledky zaznamenať, spracovať, vyhodnotiť, zovšeobecniť, - určiť odchýlku merania, použiť ju pri zápise neúplným číslom a zaokrúhlení výsledkov merania, - vypočítať aritmetický priemer a určiť relatívnu chybu merania. Fyzikálny pojem. Fyzikálna veličina a jej jednotka. Medzinárodná sústava jednotiek. Skalárne a vektorové veličiny. Základné operácie s vektormi (sčítanie vektorov, násobenie a delenie vektora číslom). Metódy fyzikálneho poznávania. Meranie fyzikálnych veličín, chyby merania. 8. Mechanika 8.1 Kinematika - zvoliť vhodnú vzťažnú sústavu na opis pohybu; určiť polohu hmotného bodu pomocou súradníc, - definovať a matematicky opísať priamočiare pohyby rovnomerný a rovnomerne zrýchlený (spomalený) pohyb; vektormi znázorniť rýchlosť, zmenu rýchlosti a zrýchlenie, - odmerať veľkosť rýchlosti a zrýchlenia telesa, - opísať rovnomerný pohyb po kružnici, - aplikovať poznatky o pohyboch pri riešení úloh. Teleso, hmotný bod. Vzťažná sústava. Mechanický pohyb, relatívnosť pokoja a pohybu. Poloha hmotného bodu. Trajektória a dráha. Klasifikácia pohybov. Rýchlosť hmotného bodu. Rovnomerný priamočiary pohyb. Zrýchlenie hmotného bodu. Rovnomerne zrýchlený (spomalený) priamočiary pohyb. Rovnomerný pohyb po kružnici, dostredivé zrýchlenie.
8.2 Dynamika - ilustrovať na príkladoch silu a jej účinky; vysvetliť vektorový charakter sily, - vysvetliť, overiť a používať Newtonove pohybové zákony, - zmerať veľkosť sily trenia pri šmykovom trení, - vysvetliť a používať zákon zachovania hybnosti, - opísať rovnomerný pohyb po kružnici, vysvetliť pojem odstredivá a dostredivá sila, - vysvetliť ohraničenú platnosť zákonov klasickej mechaniky. Sila. Skladanie síl. Trenie, trecia sila. Prvý pohybový zákon. Inerciálna a neinerciálna vzťažná sústava. Druhý pohybový zákon. Hmotnosť telesa. Tretí pohybový zákon. Hybnosť. Zákon zachovania hybnosti. Odstredivá a dostredivá sila. 8.3. Gravitačné pole - vysvetliť a pri riešení úloh aplikovať Newtonov gravitačný zákon, - opísať metódu merania gravitačnej konštanty, - vysvetliť pojem intenzita gravitačného poľa, - charakterizovať a porovnať nehomogénne (radiálne) a homogénne gravitačné pole, - určiť výpočtom parametre pohybov v homogénnom a nehomogénnom gravitačnom poli, - vysvetliť a používať Keplerove zákony, - prezentovať súčasné predstavy o stavbe vesmíru. Newtonov gravitačný zákon. Gravitačné pole. Intenzita gravitačného poľa. Gravitačné zrýchlenie. Homogénne a nehomogénne (radiálne) gravitačné pole. Pohyby telies v homogénnom gravitačnom poli. Pohyby telies v radiálnom gravitačnom poli. Keplerove zákony. Stavba vesmíru. 8.4 Práca a energia - vysvetliť a používať vzťahy na výpočet práce, energie výkonu a účinnosti; vysvetliť vzťah medzi vykonanou prácou a zmenou energie telesa, - zdôvodniť a experimentálne potvrdiť vzájomnú premenu mechanických foriem energie, - vysvetliť zákon zachovania mechanickej energie.
Mechanická práca. Výkon. Účinnosť. Kinetická energia. Potenciálna energia. Mechanická energia. Zákon zachovania mechanickej energie. 8.5 Mechanika kvapalín a plynov - vysvetliť a pri riešení úloh použiť rovnicu spojitosti toku a Bernoulliho rovnicu, - zmerať výtokovú rýchlosť kvapaliny. Ideálna kvapalina, ideálny plyn. Energia prúdenia ideálnej kvapaliny. Rovnica spojitosti. Bernoulliho rovnica. [Prúdenie reálnej kvapaliny, vnútorné trenie. Odpor prostredia. Obtekanie telies reálnou tekutinou.] 8. 6 Mechanika tuhého telesa - opísať vznik otáčavého pohybu tuhého telesa, - vyjadriť veľkosť a smer momentu sily, - vysvetliť, overiť a používať momentovú vetu, - vysvetliť podmienky rovnovážnej polohy telesa a určiť mieru jeho stability, - charakterizovať veličinu moment zotrvačnosti telesa, vysvetliť význam v praxi, - porovnať posuvný a otáčavý pohyb tuhého telesa prostredníctvom veličín, ktoré tieto pohyby charakterizujú. Tuhé teleso. Posuvný a otáčavý pohyb tuhého telesa. Moment sily, momentová veta. Druhy rovnovážnej polohy. Energia otáčavého pohybu tuhého telesa. Moment zotrvačnosti. 9. Kmitanie - opísať jednoduchý kmitavý pohyb; porovnať harmonický kmitavý pohyb mechanického oscilátora s rovnomerným pohybom po kružnici.
- analyzovať, zostaviť a používať kinematickú rovnicu kmitavého pohybu, - vysvetliť proces premeny energie v oscilátoroch a spôsob nahrádzania ich strát, - charakterizovať a rozlíšiť vlastné (tlmené) a nútené (netlmené) kmitanie oscilátorov, - charakterizovať rezonančné javy, spôsoby znižovania ich negatívnych prejavov a ochrany pred nimi. Mechanický oscilátor, harmonický kmitavý pohyb. Kinematika kmitavého pohybu. Časový diagram. [Zložené kmitanie.] Dynamika vlastného kmitania oscilátora. Premeny energie v oscilátore. Vlastné a nútené kmitanie oscilátora. Rezonancia. [Rezonančná krivka.] Rezonančné javy v praxi. 10. Molekulová fyzika a termodynamika 10.1 Základné poznatky - vysvetliť podstatu molekulovo-kinetickej teórie látok, - opísať a porovnať model štruktúry plynu, pevnej látky a kvapaliny, - vysvetliť vznik rovnovážneho stavu termodynamickej sústavy, - definovať termodynamickú a Celziovu teplotnú stupnicu, používať vzťah medzi jednotkami kelvin a stupeň Celzia, - charakterizovať vnútornú energiu telesa a príčiny jej zmien, porovnať ju s už známymi formami energie, - zostaviť kalorimetrickú rovnicu a používať ju pri riešení úloh, - navrhnúť a realizovať postup experimentálneho určenia mernej tepelnej kapacity telesa, - vysvetliť prvý termodynamický zákon, príklady jeho platnosti, aplikovať ho pri riešení úloh. Kinetická teória látok. Modely štruktúr látok v rôznych skupenstvách. Termodynamická sústava, rovnovážny stav a dej, izolovaná sústava. Teplota telesa (sústavy) - Celziova, termodynamická. Vnútorná energia telesa. Zmena vnútornej energie pri konaní práce a pri tepelnej výmene. Teplo. Merná tepelná kapacita. Kalorimetrická rovnica. Prvý termodynamický zákon. 10.2 Štruktúra a vlastnosti plynov - opísať model ideálneho plynu, - vysvetliť a používať stavovú rovnicu,
- charakterizovať a porovnať jednoduché deje s ideálnym plynom na základe grafov, určiť z grafov priebeh dejov a prácu plynu, - opísať zmeny energie pri dejoch s ideálnym plynom, - vysvetliť druhý termodynamický zákon a možnosti jeho využitia, - opísať spôsoby znižovania negatívnych vplyvov tepelných motorov na životné prostredie a ochrany pred nimi, Ideálny plyn. Stavová rovnica ideálneho plynu. Jednoduché deje s ideálnym plynom. Stavové zmeny ideálneho plynu z energetického hľadiska. [Adiabatický d ej.] Práca plynu pri stálom a premennom tlaku. Kruhový dej, účinnosť. Druhý termodynamický zákon. 10.3 Štruktúra a vlastnosti pevných látok - charakterizovať a porovnať kryštalické a amorfné látky (stavba, vlastnosti, použitie), - vysvetliť Hookov zákon, použiť ho pri riešení úloh, - potvrdiť pokusmi a príkladmi z praxe vzťah medzi teplotou a teplotnou zmenou zohrievaných telies, - vysvetliť fyzikálny význam súčiniteľa teplotnej (dížkovej, objemovej) rozťažnosti, riešiť úlohy s využitím vzťahu pre teplotnú rozťažnosť, - charakterizovať proces skupenskej premeny z hľadiska molekulovej fyziky, - určiť merné skupenské teplo (experimentálne, výpočtom, z grafu, z MFCHT). Kryštalické a amorfné látky. Deformácia pevného telesa. Krivka deformácie. Hookov zákon.[yungov modul pružnosti v ťahu.] Teplotná dĺžková a objemová rozťažnosť pevných látok. Teplotná rozťažnosť v praxi. Topenie a tuhnutie, skupenské a merné skupenské teplo. Sublimácia a desublimácia 10.4 Štruktúra a vlastnosti kvapalín - opísať a vysvetliť vlastnosti povrchovej vrstvy kvapaliny, - navrhnúť a realizovať metódu merania povrchového napätia kvapaliny, - opísať jav kapilárnej elevácie a depresie, - vysvetliť a porovnať skupenské premeny látok s použitím fázového diagramu.
Povrchová vrstva kvapaliny. Povrchová energia, povrchová sila, povrchové napätie. Kapilarita. Teplotná objemová rozťažnosť kvapalín. Vyparovanie a var. Nasýtená a prehriata para. Fázový diagram. 11. Elektrina a magnetizmus 11.1 Elektrické pole - vysvetliť Coulombov zákon, aplikovať ho pri riešení úloh, - charakterizovať vektorový a siločiarový model elektrického poľa, vzťah siločiarového modelu a modelu pomocou ekvipotenciálnych plôch, - vypočítať intenzitu elektrického poľa, potenciál a napätie, - vysvetliť rozdiel medzi správaním vodiča a izolantu v elektrickom poli, rozlíšiť pojmy permitivita vákua, relatívna permitivita a permitivita dielektriká, - vypočítať kapacitu kondenzátorov spojených paralelne, sériovo, - porovnať elektrické a gravitačné pole. Coulombov zákon. Elektrické pole, intenzita elektrického poľa. Elektrický potenciál. Elektrické napätie. Vodiče a izolanty v elektrickom poli. Elektrostatická indukcia, polarizácia dielektriká. Permitivita prostredia, relatívna permitivita. Kapacita vodiča, kondenzátor. Spájanie kondenzátorov. [Energia elektrického poľa kondenzátora.] 11.2 Elektricky prúd v kovoch a polovodičoch - rozlíšiť elektrický prúd ako jav a ako fyzikálnu veličinu, - odmerať závislosť prúdu od napätia v časti obvodu, - odvodiť Ohmov zákon pre uzavretý obvod, zmerať vnútorný odpor, odpor rezistora, elektromotorické napätie zdroja, - formulovať Kirchhoffove zákony, aplikovať ich pri riešení úloh, - odvodiť a používať vzťahy pre elektrickú prácu a výkon, - vysvetliť na príkladoch elektrónové a dierové vedenie prúdu v polovodičoch; charakterizovať vlastnosti prechodu PN.
Elektrický prúd. Zdroje elektrického napätia, elektromotorické a svorkové napätie zdroja. Elektrický prúd v kovoch. Elektrický odpor vodiča. Voltampérová charakteristika rezistora. Odpor kovov ako funkcia teploty. Ohmov zákon pre uzavretý obvod. Kirchhoffove zákony. Práca a výkon elektrického prúdu. Účinnosť elektrických zariadení. Elektrický prúd v polovodičoch. Závislosť odporu polovodiča od teploty, termistor. Vlastné a nevlastné polovodiče. Prechod PN, voltampérová charakteristika polovodiča. Polovodičová dióda. [Polovodičové súčiastky s viacerými prechodmi PN.] 11.3 Elektricky prúd v elektrolytoch, plynoch a vo vákuu - vysvetliť jav disociácie kvapalín, - vysvetliť Faradayove zákony elektrolýzy, praktické využitie, aplikovať ich pri riešení úloh, - vysvetliť jav ionizácie plynu; rozlíšiť mechanizmus samostatného a nesamostatného vedenia elektrického prúdu v plyne, - porovnať vedenie elektrického prúdu v rôznych látkach. Elektrický prúd v elektrolytoch, voltampérová charakteristika elektrolytu. Faradayove zákony elektrolýzy. Technické využitie elektrolýzy. Elektrický prúd v plynoch a vo vákuu. Samostatný a nesamostatný výboj, voltampérová charakteristika. Termoemisia elektrónov, [obrazovka]. 11.4 Magnetické pole - navrhnúť experiment, vysvetliť a porovnať vzájomné pôsobenie vodičov s prúdom, - opísať pôsobenie magnetického poľa na pohybujúce sa elektrické náboje, - vyjadriť magnetickú silu pôsobiacu na vodič s prúdom a na pohybujúci sa elektrický náboj, - vysvetliť, overiť a používať Faradayov zákon elektromagnetickej indukcie, - vysvetliť a experimentálne potvrdiť jav vlastnej indukcie; na príkladoch z praxe odvodiť vzťah pre samoindukované napätie, - pokusne potvrdiť Lenzov zákon, - určiť energiu magnetického poľa cievky, - charakterizovať a porovnať stacionárne a nestacionárne magnetické pole. Magnetické pole stáleho magnetu a vodiča s prúdom. Pôsobenie magnetického poľa na vodič s prúdom a na pohybujúcu sa časticu s nábojom. Vzájomné silové pôsobenie medzi vodičmi s prúdom. Permeabilita. Magnetická indukcia. [Lorentzova sila. Látky v magnetickom
poli, magnetizácia. Magnetické materiály v technickej praxi.] Magnetický indukčný tok. Elektromagnetická indukcia. Faradayov zákon elektromagnetickej indukcie. Lenzov zákon. Vlastná indukcia, indukčnosť. Energia magnetického poľa cievky. 11.5 Striedavý prúd - vysvetliť vznik striedavého napätia; vyjadriť okamžitú hodnotu napätia v závislosti od času, - vysvetliť fázový posun medzi prúdom a napätím v obvodoch s prvkami R, L, C, - navrhnúť a realizovať experiment na meranie indukčnosti cievky pomocou striedavého prúdu, - vypočítať efektívne hodnoty striedavého napätia a prúdu, - navrhnúť metódu merania výkonu striedavého prúdu, - navrhnúť, skonštruovať a vyskúšať polovodičový usmerňovač striedavého prúdu, - vysvetliť konštrukciu, vlastnosti a využitie transformátora striedavého prúdu, - opísať spôsob výroby elektrickej energie, porovnať typy elektrární podľa účinnosti a vplyvu na životné prostredie. Vznik striedavého napätia a prúdu. Obvod striedavého prúdu s R, L, C. [Obvody striedavého prúdu s R, L, C v sérii. Impedancia obvodu striedavého prúdu.] Usmerňovač s polovodičovou diódou. [Tranzistor, tranzistorový zosilňovač.] Výkon striedavého prúdu. Efektívne hodnoty striedavého napätia a prúdu. Generátor striedavého prúdu. Transformátor. Prenosová sústava energetiky, elektráreň. Ochrana životného prostredia a bezpečnosť pri práci s elektrickými zariadeniami. 12. Vlnenie - charakterizovať mechanický a elektromagnetický oscilátor ako zdroje vlnenia, - opísať vznik a vlastnosti mechanického a elektromagnetického vlnenia, určiť výpočtom veličiny, ktoré ich charakterizujú, - vysvetliť, experimentálne overiť a pri riešení úloh aplikovať Huygensov princíp, - charakterizovať zvuk a jeho vlastnosti, porovnať veľkosť rýchlosti zvuku v rôznych látkach, - opísať experimenty, potvrdzujúce, že svetlo je elektromagnetické vlnenie, - opísať metódu merania rýchlosti svetla, zmerať vlnovú dĺžku svetla, - rozlíšiť druhy elektromagnetického vlnenia podľa frekvencií a vlnových dĺžok, opísať ich vlastnosti a praktické využitie.
Postupné mechanické vlnenie. Rýchlosť vlnenia, vlnová dĺžka. Rovnica postupnej vlny. [Interferencia vlnenia. Odraz vlnenia v rade bodov. Stojaté vlnenie.] Vlnenie v izotropnom prostredí. Huygensov princíp. Odraz a lom vlnenia. Zvuk a jeho vlastnosti. Rýchlosť zvuku. Ultrazvuk a infrazvuk. Ochrana pred škodlivými účinkami zvuku. Elektromagnetický oscilátor, elektromagnetické vlnenie, elektromagnetická vlna. Rýchlosť elektromagnetického vlnenia. Elektromagnetický dipól. [Polarizácia a odraz elektromagnetického vlnenia.] Šírenie elektromagnetického vlnenia. Vplyv negatívnych účinkov elektromagnetického vlnenia na ľudský organizmus. Elektromagnetické žiarenie a jeho spektrum. Svetlo. Šírenie svetla. Odraz a lom svetla, index lomu. Disperzia, optické spektrum. Interferencia, ohyb, polarizácia svetla. [Základné fotometrické pojmy.] 13. [Základy špeciálnej teórie relativity] [Priestor a čas v klasickej mechanike. Vznik špeciálnej teórie relativity. Relatívnosť súčasnosti. Dilatácia času a kontrakcia dĺžok. Relativistická hmotnosť, relativistický vzťah medzi hmotnosťou a energiou.] 14. Základy fyziky mikrosveta - vysvetliť fotoelektrický jav, - vysvetliť súvislosť medzi emisným spektrom atómu vodíka a stavbou elektrónového obalu, - porovnať spontánnu a stimulovanú emisiu, - opísať model jadra; vysvetliť vzťah medzi väzbovou energiou jadra a hmotnostným úbytkom, - analyzovať procesy, ktoré prebiehajú pri jadrových reakciách, - ilustrovať na príklade ľubovoľnej jadrovej reakcie platnosť zákonov zachovania energie, hmotnosti, hybnosti a elektrického náboja, - vypočítať a porovnať polčas premeny vybraných rádionuklidov, uviesť príklady ich využitia, - opísať základné spôsoby ochrany pred ionizujúcim žiarením, - charakterizovať súčasný fyzikálny obraz sveta. Fotoelektrický jav. Einsteinova teória fotoelektrického javu. Korpuskulárno-vlnový dualizmus žiarenia a častíc. Elektrónový obal atómu, kvantovanie energie atómu. Emisia a absorpcia svetla
atómom, [laser]. Jadro atómu. Väzbová energia jadra, hmotnostný úbytok. Syntéza a štiepenie jadier, reťazová reakcia, jadrový reaktor. Prirodzená a umelá rádioaktivita. Časový priebeh rádioaktívnej premeny. Rádionuklidy. Bezpečnosť pri práci s jadrovými zariadeniami a rádionuklidmi. Ochrana životného prostredia. Vývoj názorov na mikrosvet. Súčasný fyzikálny obraz sveta. 15. Astrofyzika[Telesá slnečnej sústavy. Základné charakteristiky planét slnečnej sústavy. Vznik a vývoj hviezd. Zdroje energie vo hviezdach.] Zhrnutie a systematizácia poznatkov z učiva fyziky v gymnáziu Laboratórne cvičenia 1. Meranie hmotnosti pevných a kvapalných telies na rovnoramenných váhach. 2. Meranie hustoty pevnej látky. 3. Meranie zmien teploty telesa v istom časovom intervale. 4. Určenie priemernej rýchlosti nerovnomerného pohybu z nameranej dráhy a príslušného času. 5. Určenie objemu telesa s použitím Archimedovho zákona. 6. Overenie podmienok plávania telies. Meranie hustoty hustomerom. 7. Meranie elektrického prúdu a elektrického napätia v obvode. 8. Určenie elektrického odporu rezistora (alt. 1 ). Použitie reostatu na reguláciu prúdu v obvode a ako deliča napätia (alt. 2 ). 9. Zobrazenie predmetu dvoma rovinnými zrkadlami (alt.l). Zobrazenie predmetu spojkou tak, aby mal obraz požadované vlastnosti (alt.2 ). 10. Meranie ohniskovej vzdialenosti šošovky. 11. Pokusné pozorovania pohybu guľôčky po naklonenej a vodorovnej rovine. 12. Meranie veľkosti sily trenia pri šmykovom trení (alt. 1 ). Skladanie síl (alt. 2 ). 13. Experimentálne štúdium vzájomných premien mechanických foriem energie. 14. Meranie výtokovej rýchlosti kvapaliny. 15. Určenie povrchového napätia kvapaliny. 16. Určenie mernej tepelnej kapacity telesa pomocou zmiešavacieho kalorimetra (alt.1). U rčenie teploty telesa nepriamou metódou s použitím termosky (al. 2). 17. Overenie Hookovho zákona.
18. Určenie merného skupenského tepla topenia ladu, prípadne ľahko taviteľnej látky (alt.1 ). Určenie merného skupenského tepla varu vody (alt. 2 ). 19. Určovanie závislosti odporu od teploty pre rôzne látky. 20. Určenie závislosti svorkového napätia zdroja od elektrického prúdu v obvode. 21. Určenie indukčnosti cievky striedavým prúdom. 22. Meranie výkonu striedavého prúdu. 23. Overenie činnosti polovodičového usmerňovača. 24. Určenie hmotnosti telesa mechanickým oscilátorom (alt. 1) Overenie vzťahu pre periódu kyvadla (alt. 2 ). 25. Meranie rýchlosti zvuku otvoreným rezonátorom. 26. Meranie vlnovej dĺžky svetla. 27. Pozorovanie a porovnávanie spektier rôznych látok. Teoretické cvičenia Teoretické cvičenia sú určené na priebežné precvičovanie, upevňovanie a prehlbovanie poznatkov formou riešenia kvantitatívnych a kvalitatívnych úloh (východiskom pre riešenie môže byť aj experiment), diskusiu k vybraným problémom, na zhrnutie a systematizáciu poznatkov. Konkrétny obsah cvičení volí učiteľ podľa vlastného uváženia. Metódy, formy a prostriedky vyučovania fyziky majú stimulovať rozvoj poznávacích schopností žiakov, podporovať ich cieľavedomosť, samostatnosť, tvorivosť. Uprednostňujú sa také stratégie vyučovania, pri ktorých žiak ako aktívny subjekt v procese má možnosť spolurozhodovať a spolupracovať, učiteľ zase povinnosť nie nútiť, ale motivovať, povzbudzovať a viesť žiaka k čo najlepším výkonom, podporovať jeho aktivity všeobecne i v oblastiach zvýšeného študijného záujmu. Stimulovať poznávacie činnosti žiaka predpokladá uplatňovať vo vyučovaní vo vhodnom proporcionálnom zastúpení a prepojení metódy empirického a teoretického poznávania. Empirická zložka fyzikálneho poznávania sa vo vyučovaní realizuje prostredníctvom sledovania demonštrácií fyzikálnych javov, ale aj participáciou žiakov na ich uskutočňovaní a vykonávaním experimentálnych činností samotnými žiakmi. Na experimentálnu činnosť žiakov formou laboratórnych cvičení sa z celkovej časovej dotácie vyučovania fyziky odporúča vyčleniť súhrnne cca 50 hodín. Časť laboratórnych úloh možno vybrať z dvoch alternatív; bez alternatív sú tie úlohy, ktorých realizácia z hľadiska ich funkcie vo vzťahu k sprístupňovanému učivu je experimentálna činnosť má istú logickú postupnosť - od vyslovenia nevyhnutná. Každá problému úlohy, úvahy o možnosti jeho riešenia, opisu a zostavenia experimentálneho zariadenia, vyjadrenia hypotézy o výsledku, získania, zaznamenania a spracovania údajov, konfrontácie hypotézy s výsledkom experimentu, až po zostavenie a
zovšeobecnenie záverov. Žiak by si mal praktickou činnosťou uvedený postup osvojiť a riadiť sa ním. Teoretické poznávanie sa rozvíja pri vysvetľovaní fyzikálnych javov, dejov, zákonitostí, pri riešení fyzikálnych problémov a diskusiách k nim. Prevažuje pri sprístupňovaní málo názorných, abstraktných častí učiva, kde reálny experiment treba nahradiť myšlienkovým, či reálne deje ich modelmi. Dôležitou súčasťou teoretického poznávania a zároveň prostriedkom precvičovania, upevňovania, prehlbovania a systematizácie poznatkov je riešenie kvantitatívnych a kvalitatívnych úloh z učiva jednotlivých tematických celkov, ale i úloh komplexného charakteru, ktoré umožňujú spájať a využívať poznatky z viacerých častí učiva. Na riešenie fyzikálnych problémov a úloh formou priebežných systematických cvičení odporúčame vyčleniť cca 40 hodín. Predpokladom zabezpečenia integrity a kontinuity poznávania nielen vo vnútri fyziky, ale v celom systéme vzdelávania, je koordinácia vyučovania fyziky s ostatnými prírodovednými predmetmi, a ďalšími predmetmi, v ktorých sa fyzikálne poznatky využívajú. Táto koordinácia nemusí byť nevyhnutne časová. Mala by byť však vždy obsahová (rovnaká interpretácia pojmov a zákonov vo všetkých predmetoch, v ktorých sa tieto pojmy a zákony vyskytujú, používanie jednotnej terminológie a symboliky) a metodologická (koordinácia metód práce aplikovaných napr. pri laboratórnych cvičeniach, riešení úloh a pod.). Žiakom, ktorí sa rozhodnú ukončiť štúdium fyziky v gymnáziu maturitnou skúškou, treba v nadväznosti na povinné vyučovanie umožniť prípravu na maturitu prehĺbeným vzdelávaním v rozšírenej, voliteľnej, prípadne nepovinnej forme vyučovania. Tvorbu učebných osnov koordinovali: RNDr. Eva Tomanová, CSc., RNDr. Viera Lapitková, CSc. Grafická úprava textu: PaedDr. Janka Stopková, PaedDr. Jozef Kuraj