6.07. Fyzika - FYZ Obor: 36-46-M/01 Geodézie a katastr nemovitostí Forma vzdělávání: denní Počet hodin týdně za dobu vzdělávání: 4 Platnost učební osnovy: od 1.9.2010 1) Pojetí vyučovacího předmětu Vyučovací předmět fyzika je koncipován jako všeobecně vzdělávací předmět s úzkou vazbou k odborným předmětům. Fyzikální vzdělávání navazuje na poznatky a dovednosti, které žáci získali na základní škole. a) Cíle vyučovacího předmětu Fyzika přispívá k hlubšímu a komplexnějšímu pochopení přírodních jevů a zákonů a vytvoření přírodovědného základu potřebného ke studiu odborných předmětů. Hlavním cílem fyziky je naučit žáky využívat fyzikální poznatky a dovednosti v každodenním osobním i pracovním životě. Fyzika rozvíjí logické, analytické a tvůrčí myšlení žáků. Fyzikální vzdělávání směřuje k tomu, aby žák: - pozoroval a vysvětlil základní fyzikální jevy - řešil fyzikální problémy - řešil kvantitativně základní úlohy, pracoval s fyzikálními rovnicemi, grafy a diagramy - prováděl jednoduché experimenty a fyzikální měření, zpracoval získané údaje a zhodnotil výsledky - správně používal fyzikální pojmy a jednotky - uměl vyhledávat a interpretovat informace z fyziky a zaujímat k nim stanovisko - využíval fyzikální poznatky a dovednosti v odborném vzdělávání a v praktickém životě b) Charakteristika učiva Učivo předmětu je rozděleno do tematických celků, jejichž řazení odpovídá tradiční struktuře fyziky. Výuka fyziky využívá znalostí a dovedností získaných v jiných předmětech, a to zejména v matematice a výpočetní technice, příp. chemii. Rozdělení učiva do tematických celků Úvod do předmětu fyzika Mechanika Molekulová fyzika a termika Mechanické kmitání, vlnění a akustika Elektřina a magnetismus Optika Speciální teorie relativity Fyzika mikrosvěta Astrofyzika c) Cíle vzdělávání v oblasti citů, postojů, hodnot a preferencí Výuka směřuje k tomu, aby žáci: - přistupovali k výuce zodpovědně, pracovali kvalitně a pečlivě - vážili si výsledků lidského poznání - dokázali diskutovat o citlivých otázkách s fyzikální tematikou, respektovali názor druhých - vytvářeli si kladný vztah k životnímu prostředí a jeho ochraně - získali motivaci k celoživotnímu vzdělávání - byli schopni kriticky hodnotit výsledky vlastní práce d) Výukové strategie (pojetí výuky) Předmět se vyučuje v 1. a 2. ročníku 2 hodiny týdně. Nejčastěji jsou používány metody výkladu nebo řízeného rozhovoru doplněné demonstračními pokusy, ukázkami modelů a použitím didaktické a audiovizuální techniky. Při výuce jsou využívány vhodné videoprogramy a výukové programy. Významnou součást výuky tvoří řešení fyzikálních úloh a problémů, při kterém se uplatňují jak samostatná, tak i skupinová práce žáků. Součástí výuky jsou nejméně čtyři laboratorní cvičení (v rozsahu jedné vyučovací hodiny), ve kterých jsou žáci vedeni k týmové práci. Příprava na měření a zpracování protokolu probíhají formou samostatné domácí práce. Aktivita žáků je podporována zadáváním referátů a prezentací na vybraná fyzikální témata. Výuka probíhá v kmenových učebnách a učebně fyziky. Výuku doplňují exkurze (např. do technického muzea nebo hvězdárny), odborné přednášky a návštěvy vhodných tematických výstav. e) Hodnocení výsledků žáků Žáci jsou hodnoceni především na základě hloubky porozumění poznatkům, pochopení souvislostí, schopnosti 51
aplikovat poznatky při kvalitativním i kvantitativním řešení fyzikálních problémů a úloh, plynulosti projevu a používání správné terminologie, dovednosti práce s informacemi, schopnosti provádět a zpracovávat fyzikální měření. Hodnocení výsledků žáků vychází z klasifikačního řádu a jsou k němu použity tyto prostředky: ústní a písemné zkoušení (alespoň třikrát za pololetí) hodnocení fyzikálního měření a zpracování jeho výsledků hodnocení zpracování a přednesení referátu nebo prezentace na dané fyzikální téma hodnocení aktivity v hodinách, vypracování domácích úloh f) Přínos předmětu k rozvoji klíčových kompetencí a aplikaci průřezových témat Vyučovací předmět se podílí na rozvoji všech klíčových kompetencí, zejména však: - kompetencí k učení (žák ovládá různé techniky učení a k učení používá různé informační zdroje výklad učitele, učebnice fyziky, odbornou literaturu, matematické a fyzikální tabulky, informace na internetu) - kompetencí k řešení problémů (žák určí podstatu fyzikálního problému, umí si opatřit potřebné informace k jeho řešení, navrhne způsob řešení, popř. varianty řešení, vyhodnotí a ověří správnost zvoleného postupu a dosažené výsledky) - komunikativních kompetencí (žák se vyjadřuje ústně i písemně srozumitelně, souvisle a jazykově správně) - personálních a sociálních kompetencí (při fyzikálním měření se rozvíjí schopnost týmové práce a dodržování pravidel BOZP) - matematických kompetencí (žák je schopen nacházet vztahy mezi jevy a fyzikálními veličinami, popsat je slovně i matematicky, číst a vytvářet tabulky, diagramy, grafy a schémata, aplikovat matematické postupy při řešení fyzikálních problémů, správně používat a převádět jednotky, provádět reálný odhad výsledku řešení dané úlohy a využívat pro numerické výpočty kalkulátor) Předmětem prostupují průřezová témata: Občan v demokratické společnosti: Žáci jsou vedeni k tomu, aby vyjadřovali své názory a respektovali názory jiných, vážili si duchovních hodnot vytvořených fyzikálním poznáním, chápali význam fyzikálního poznání pro rozvoj lidské společnosti. Člověk a svět práce: Žáci jsou vedeni k tomu, aby reálně posuzovali své schopnosti, možnosti dalšího studia na vysoké škole a pracovního uplatnění, uvědomovali si rozvoj vědy a techniky v současném světě a z toho plynoucí nutnost celoživotního vzdělávání. Člověk a životní prostředí: Fyzika přispívá k tomu, aby si žák uvědomoval negativní dopady lidské činnosti na životní prostředí v souvislosti s vývojem techniky, nutnost a některé způsoby ochrany přírody a životního prostředí. Informační a komunikační technologie: Žák využívá ve fyzice prostředky IKT k získávání informací a k prezentaci vlastní práce, fyzikální vzdělávání přispívá k objasnění podstaty informačních a komunikačních technologií. 2) Výsledky vzdělávání a kompetence 1. ročník, 2 hodiny týdně, 34 týdnů, celkem 68 hodin Výsledky vzdělávání Učivo - vysvětlí význam a obsah fyzikálního vzdělávání - rozliší skalární a vektorové veličiny - používá jednotky soustavy SI a převádí je - vyjádří odvozenou jednotku pomocí jednotek základních - měří přímo nebo nepřímo fyzikální veličiny, zjistí průměrnou hodnotu a odchylku měření - vysvětlí relativnost klidu a pohybu - rozliší pohyby podle trajektorie a změny rychlosti - řeší úlohy o pohybech s využitím vztahů mezi kinematickými veličinami - vysvětlí a formuluje Newtonovy pohybové zákony a uvede příklady jejich projevů z praxe, použije Newtonovy pohybové zákony v jednoduchých úlohách o pohybech - vysvětlí zákon zachování hybnosti a použije ho při řešení jednoduchých úloh - určí síly, které v přírodě a technických zařízení 1. Úvod do předmětu fyzika Obsah a význam fyziky Fyzikální veličiny a jednotky (skalární a vektorové veličiny, Mezinárodní soustava jednotek SI, vedlejší jednotky) Fyzikální měření a zpracování výsledků 2. Mechanika Kinematika (relativnost klidu a pohybu, vztažná soustava, pohyby přímočaré pohyb rovnoměrný, rovnoměrně zrychlený a zpomalený, volný pád, pohyb rovnoměrný po kružnici, skládání pohybů) Dynamika (síla a její účinky, Newtonovy pohybové zákony, impulz síly a hybnost tělesa, zákon zachování hybnosti, síly v přírodě - tíha tělesa, tíhová síla, síla třecí a valivého odporu, dostředivá a odstředivá síla) 52
působí na tělesa - vypočítá mechanickou práci a energii - vypočítá výkon a účinnost při konání práce - analyzuje jednoduché děje s využitím zákona zachování mechanické energie - vysvětlí a formuluje Newtonův gravitační zákon a uvede příklady jeho projevů z praxe, použije gravitační zákon k řešení jednoduchých úloh - objasní rozdíl mezi gravitační a tíhovou silou - popíše základní druhy pohybů v tíhovém poli Země a v gravitačním poli, vysvětlí Keplerovy zákony - určí výslednici sil působících na těleso a jejich momenty, použije momentovou větu k řešení úloh, rozloží sílu na složky - určí těžiště tělesa jednoduchého tvaru - řeší úlohy na výpočet tlaku a tlakové síly v tekutinách - vysvětlí a formuluje Pascalův a Archimédův zákon a uvede příklady z praxe, aplikuje Pascalův a Archimédův zákon při řešení úloh na tlakové síly v tekutinách - vysvětlí změny rychlosti a tlaku v proudící tekutině, použije rovnici kontinuity a Bernoulliovu rovnici k řešení jednoduchých úloh - uvede příklady potvrzující kinetickou teorii látek - změří teplotu v Celsiově teplotní stupnici a vyjádří ji jako termodynamickou teplotu - vysvětlí význam teplotní roztažnosti látek v přírodě a v technické praxi a řeší úlohy na teplotní délkovou a objemovou roztažnost - popíše vlastnosti látek z hlediska jejich částicové stavby - vysvětlí pojem vnitřní energie soustavy (tělesa) a způsoby její změny - řeší jednoduché případy tepelné výměny pomocí kalorimetrické rovnice - řeší úlohy na děje v plynech s použitím stavové rovnice pro ideální plyn - popíše principy nejdůležitějších tepelných motorů - vysvětlí mechanické vlastnosti těles z hlediska struktury pevných látek - popíše příklady deformací pevných těles jednoduchého tvaru a řeší úlohy na Hookův zákon - vysvětlí vlastnosti povrchové vrstvy kapalin, kapilární jevy a uvede příklady z praxe - popíše přeměny skupenství látek a jejich význam v přírodě a v technické praxi - vysvětlí vlhkost vzduchu a její vliv na organismus Mechanická energie (práce, energie, výkon, účinnost, zákon zachování mechanické energie) Gravitační pole (Newtonův gravitační zákon, gravitační a tíhová síla a zrychlení, pohyby v homogenním tíhovém poli Země a v gravitačním poli, Keplerovy zákony, sluneční soustava) Mechanika tuhého tělesa (účinky síly, moment síly, momentová věta, skládání sil, rozklad síly na složky, těžiště tělesa) Mechanika tekutin (tlak v tekutinách, Pascalův a Archimédův zákon, ustálené proudění ideální tekutiny, rovnice kontinuity a Bernoulliova rovnice) 3. Molekulová fyzika a termika Základní poznatky (teplota, teplotní stupnice, teplotní roztažnost, částicová stavba látek, vlastnosti látek z hlediska molekulové fyziky, teplo a práce, přeměny vnitřní energie tělesa, první termodynamický zákon, tepelná kapacita, měření tepla, kalorimetrická rovnice) Struktura a vlastnosti plynů (stavové změny ideálního plynu, stavová rovnice ideálního plynu, děj izotermický, izobarický, izochorický a adiabatický, práce plynu, tepelné motory) Struktura a vlastnosti pevných látek, deformace pevných látek Struktura a vlastnosti kapalin (povrchová vrstva kapalin, kapilární jevy) Přeměny skupenství látek (skupenské teplo, vlhkost vzduchu) 2. ročník, 2 hodiny týdně, 34 týdnů, celkem 68 hodin Výsledky vzdělávání Učivo Žák 4. Mechanické kmitání a vlnění - popíše vlastní kmitání mechanického oscilátoru, Mechanické kmitání (kinematika a dynamika vyjádří okamžitou výchylku v závislosti na čase a harmonického kmitavého pohybu, harmonický určí příčinu kmitání oscilátor, druhy kmitání, rezonance) - popíše nucené kmitání mechanického oscilátoru a určí podmínky rezonance - vysvětlí rozdíl mezi tlumeným a netlumeným kmitáním 53
- rozliší základní druhy mechanického vlnění a popíše jejich šíření v látkovém prostředí - vypočítá vlnovou délku - charakterizuje základní vlastnosti zvukového vlnění a jejich význam pro vnímání zvuku, popíše šíření zvuku v látkovém prostředí - vysvětlí negativní vliv hluku a uvede způsoby ochrany sluchu - vysvětlí rozdíl mezi zvukem, infrazvukem a ultrazvukem, uvede příklady využití ultrazvuku v praxi - určí elektrickou sílu v poli bodového náboje, vysvětlí a formuluje Coulombův zákon, použije Coulombův zákon v jednoduchých úlohách o vzájemném působení nabitých těles - popíše elektrické pole z hlediska jeho působení na bodový elektrický náboj, k popisu použije veličiny intenzitu a potenciál elektrického pole - objasní vztah mezi elektrickým potenciálem a napětím - vypočítá kapacitu vodiče a deskového kondenzátoru - vysvětlí princip a funkci kondenzátoru - popíše vznik elektrického proudu, vysvětlí vedení elektrického proudu v kovech - řeší úlohy užitím vztahů pro výpočet odporu v závislosti na geometrických parametrech vodiče a teplotě - vysvětlí a formuluje Ohmův zákon, řeší úlohy s elektrickými obvody s použitím Ohmova zákona - sestaví podle schématu elektrický obvod a změří elektrické napětí a proud - vypočítá výsledný odpor rezistorů spojených sériově a paralelně - řeší úlohy na práci a výkon elektrického proudu, aplikuje Joulův-Lenzův zákon v praxi - vysvětlí elektrickou vodivost polovodičů, kapalin a plynů - popíše princip a použití polovodičových součástek s přechodem PN - vysvětlí princip chemických zdrojů napětí - charakterizuje typy výbojů v plynech a uvede jejich využití - popíše magnetické pole permanentních magnetů indukčními čarami - popíše magnetické pole vodiče s proudem indukčními čarami - vypočítá velikost a určí směr magnetické síly, která působí na vodič s proudem v homogenním magnetickém poli - popíše silové působení dvou přímých rovnoběžných vodičů s proudem - rozliší látky podle jejich magnetických vlastností a uvede jejich využití - vysvětlí jev elektromagnetické indukce a jeho význam v technice, formuluje Faradayův zákon elektromagnetické indukce a vysvětlí Lenzův zákon, objasní jev vlastní indukce, využívá Faradayův zákon k výpočtu indukovaného napětí - popíše princip generování střídavých proudů a jejich Mechanické vlnění (postupné vlnění příčné a podélné, stojaté vlnění, interference vlnění, šíření vlnění v prostoru, odraz vlnění) Zvukové vlnění (vlastnosti zvukového vlnění, šíření zvuku v látkovém prostředí, ultrazvuk) 5. Elektřina a magnetismus Elektrické pole (elektrický náboj, elektrická síla, Coulombův zákon, elektrické pole, intenzita a potenciál elektrického pole, elektrické napětí, tělesa v elektrickém poli, kapacita vodiče, kondenzátoru) Elektrický proud (elektrický proud v kovech, elektrický odpor, Ohmův zákon elektrického proudu, elektrické obvody, paralelní a sériové spojení rezistorů, práce a výkon elektrického proudu, Joulův Lenzův zákon, elektrický proud v polovodičích, kapalinách a v plynech) Magnetické pole (magnetické pole permanentního magnetu a elektrického proudu, magnetická síla, magnetická indukce, magnetické vlastnosti látek, elektromagnetická indukce, Faradayův a Lenzův zákon, vlastní indukce, indukčnost) Střídavý proud (vznik střídavého proudu, obvody 54
využití v energetice - charakterizuje základní vlastnosti obvodů střídavého proudu, určí činný výkon střídavého proudu - vysvětlí princip transformátoru a usměrňovače střídavého proudu - popíše přenos elektrické energie střídavým proudem - vysvětlí vznik elektromagnetického kmitání v oscilačním obvodu - popíše využití elektromagnetického vlnění ve sdělovacích soustavách - charakterizuje světlo jeho vlnovou délkou, frekvencí a rychlostí v různých prostředích - řeší úlohy na odraz a lom světla, k řešení úloh na lom světla používá Snellův zákon - vysvětlí rozklad světla hranolem - vyjmenuje základní fotometrické veličiny a přiřadí jim jednotky - popíše význam různých druhů elektromagnetického záření z hlediska působení na člověka a využití v praxi - vysvětlí podstatu jevů interference, ohyb a polarizace světla - řeší úlohy na zobrazení zrcadly a čočkami graficky i výpočtem pomocí zobrazovací rovnice - popíše oko jako optický přístroj - vysvětlí principy základních typů optických přístrojů - popíše důsledky plynoucí z principů speciální teorie relativity pro chápání prostoru a času - vysvětlí souvislost energie a hmotnosti objektů pohybujících se velkou rychlostí - objasní podstatu fotoelektrického jevu a jeho praktické využití - vysvětlí základní myšlenku kvantové fyziky, tzn. vlnové a částicové vlastnosti objektů mikrosvěta - charakterizuje základní modely atomu - popíše strukturu elektronového obalu atomu z hlediska energie elektronu - vysvětlí princip a použití laseru v praxi - popíše stavbu atomového jádra a charakterizuje základní nukleony - vysvětlí podstatu radioaktivity a jaderného záření a popíše způsoby ochrany před tímto zářením - popíše štěpnou reakci jader uranu a její praktické využití v energetice - popíše jadernou syntézu jako perspektivní zdroj získávání energie - posoudí výhody a nevýhody způsobů, jimiž se získává elektrická energie - charakterizuje Slunce jako hvězdu a popíše sluneční soustavu - popíše vývoj hvězd a jejich uspořádání do galaxií - vysvětlí současné názory na vznik a vývoj vesmíru - vysvětlí nejdůležitější způsoby, jimiž astrofyzika zkoumá vesmír střídavého proudu, výkon střídavého proudu, střídavý proud v energetice, trojfázová soustava střídavého proudu, transformátor, usměrňovače střídavého proudu) Elektromagnetické kmitání a vlnění (vznik elektromagnetického kmitání, elektromagnetický oscilátor, vlastní a nucené elektromagnetické kmitání, rezonance, vznik a vlastnosti elektromagnetického vlnění, přenos informací elektromagnetickým vlněním) 6. Optika Světlo jako vlnění (šíření světla, jevy na rozhraní dvou prostředí, elektromagnetické záření a jeho spektrum, vlnové vlastnosti světla) Fotometrie (fotometrické veličiny, hygiena osvětlování) Optické zobrazování (zobrazování zrcadlem a čočkou, oko, optické přístroje) 7. Speciální teorie relativity Principy speciální teorie relativity, důsledky speciální teorie relativity, základy relativistické dynamiky 8. Fyzika mikrosvěta Kvantová fyzika (základní pojmy kvantové fyziky, fotoelektrický jev) Fyzika elektronového obalu a atomového jádra (model atomu, spektrum atomu vodíku, laser, nukleony, radioaktivita, jaderné záření, zdroje jaderné energie, jaderný reaktor, bezpečnostní a ekologická hlediska jaderné energetiky, elementární a základní částice) 9. Astrofyzika Slunce a hvězdy, galaxie a vývoj vesmíru, výzkum vesmíru 55