Charakteristika a cíle předmětu:
Obsah volitelného vyučovacího předmětu Fyzikální seminář vychází ze vzdělávacích oborů Fyzika vzdělávací oblasti Člověk a příroda Rámcového vzdělávacího plánu gymnaziálního vzdělávání (RVP GV). Navazuje na předmět Fyzika, vhodně jeho učivo doplňuje a prohlubuje poznatky v něm získané.
Cíle výuky předmětu Fyzikální seminář:
Vzdělávání v daném vzdělávacím oboru směřuje k utváření a rozvíjení klíčových kompetencí tím, že vede žáka:
– ke zkoumání fyzikálních faktů a jejich souvislostí s využitím různých empirických metod poznávání (pozorování, měření, experiment) i různých metod racionálního uvažování, ke schopnosti ve vhodné míře abstrahovat a vytvářet obecné závěry
– k potřebě klást si otázky o průběhu a příčinách různých přírodních procesů, správně tyto otázky formulovat a hledat na ně adekvátní odpovědi (podněcuje touhu žáka po hlubším poznání)
– ke způsobu myšlení, které vyžaduje ověřování vyslovovaných domněnek
o přírodních faktech více nezávislými způsoby, k posuzování důležitosti, spolehlivosti
a správnosti získaných dat pro potvrzení nebo vyvrácení vyslovovaných hypotéz či závěrů (kritický přístup ke zdrojům informací)
– k porozumění souvislostem mezi činnostmi lidí a stavem životního prostředí
– k zapojování do aktivit směřujících k šetrnému chování k přírodním systémům, ke svému zdraví i ke zdraví ostatních lidí
– k uvažování a jednání, která preferují co nejefektivnější využívání zdrojů energie v praxi, včetně co nejširšího využívání obnovitelných zdrojů
– k utváření dovedností vhodně se chovat při kontaktu s objekty či situacemi, které mohou ohrožovat životy, zdraví, majetek nebo životní prostředí lidí, k vědomí spoluodpovědnosti za stav blízkého i globálního životního prostředí a k uvědomění si nebezpečí zneužití výsledků vědeckotechnického pokroku proti lidstvu
– k pozitivnímu vztahu k práci a k odpovědnosti za kvalitu svých i společných výsledků práce
– k vytrvalosti a soustavnosti při plnění zadaných úkolů, k uplatňování tvořivosti a vlastních nápadů při pracovní činnosti a k vynakládání úsilí na dosažení kvalitního výsledku
– k poznání, že technika jako významná součást lidské kultury je vždy úzce spojena s pracovní činností člověka .
Časové vymezení vyučovacího předmětu
Vyučovací předmět se realizuje ve 4. ročníku čtyřletého gymnázia a oktávě osmiletého gymnázia s časovou dotací 2 vyučovací hodiny týdně.
Vzdělávací obsah vyučovacího předmětu Fyzikální seminář ve školním roce 2018/19
Očekávané výstupy
Žák:
– početně i graficky vyřeší úlohy se složenými pohyby a správně interpretuje princip superpozice pohybů
– správně definuje dostředivou a odstředivou sílu, vypočte jejich velikost a aplikuje tento výpočet v různých oblastech fyziky
– popíše síly působící na tělesa v neinerciálních vztažných soustavách a řeší úlohy na pohyb těles v těchto soustavách
– definuje a vypočte intenzitu gravitačního pole, správně interpretuje vztah intenzity a gravitačního zrychlení a rozliší pojmy gravitační a tíhové zrychlení
– vypočte délku a dobu vrhu svislého, vodorovného a šikmého
– vypočte hodnotu kruhové a parabolické rychlosti družice
– pomocí Keplerových zákonů vysvětlí nerovnoměrný pohyb Země kolem Slunce a vypočte oběžnou dobu planety a její střední vzdálenost od Slunce
– řeší úlohy s momentem síly
– graficky i početně najde výslednici různoběžných i rovnoběžných sil s odlišným působištěm a rozloží sílu na libovolné dvě složky
– určí početně polohu těžiště tuhého tělesa
– vypočte moment setrvačnosti a kinetickou energii TT
-definuje ideální kapalinu a ideální plyn, určí společné a rozdílné vlastnosti
-na základě Pascalova zákona objasní principy hydraulických a pneumatických zařízení
-určí velikost vztlakové síly působící na těleso a na základě Archimedova zákona předpoví chování tělesa v tekutině
-na základě rovnice kontinuity a Bernoulliho rovnice určí rychlost a tlak proudící kapaliny
-rozliší laminární a turbulentní proudění reálné kapaliny, vypočte velikost odporové síly a vysvětlí vznik aerodynamické vztlakové síly
-správně interpretuje pojmy termodynamická soustava, rovnovážný stav, rovnovážný děj, uvede příklady přibližně rovnovážných dějů
– vypočte práci plynu za konstantního tlaku, graficky znázorní práci plynu za proměnného tlaku, definuje 2. a 3. termodynamický zákon, objasní základní principy tepelných motorů a vypočte jejich teoretickou účinnost
– vypočte intenzitu el. pole a el. potenciál na povrchu nabité vodivé koule ve vakuu a v určité vzdálenosti od jejího povrchu
– objasní jev elektrostatické indukce v kovu a polarizace dielektrika, určí relativní permitivitu dielektrika
– pomocí Kirchhoffových zákonů vypočte hodnoty proudů v jednoduchých el. sítích
– objasní princip činnosti elektromagnetického oscilátoru, ze základních parametrů oscilačního obvodu vypočte frekvenci a periodu elektromagnetických kmitů
– vysvětlí vznik elektromagnetické vlny
– objasní princip přenosu informací pomocí elektromagnetických vln a princip činnosti vysílače a přijímače
– řeší úlohy na ohyb světla na optické mřížce
– objasní pojmy polarizované a nepolarizované světlo, principy polarizace a výpočtem určí hodnotu polarizačního úhlu
– vypočte světelný tok světelného zdroje a osvětlení určité plochy
– vysvětlí pojetí prostoru a času v předrelativistické fyzice
– objasní historický vývoj poznatků o rychlosti světla a definuje dva základní postuláty v STR
– vysvětlí jev dilatace času, „paradox dvojčat“ a doloží své závěry výpočtem
– vypočte délku předmětu při určité rychlosti vzhledem k pozorovateli
– najde výslednou hodnotu rychlosti složeného pohybu při rychlostech blížících se rychlosti světla
– správně interpretuje Einsteinův vztah hmotnosti a energie a formuluje zákony zachování hmotnosti, hybnosti a energie v STR
– správně definuje klasickou fyziku jako zvláštní případ STR
– nastíní základní myšlenky obecné teorie relativity
– vysvětlí metody detekce množství částic, trajektorií částic a principy urychlovačů částic
– vysvětlí veličiny popisující vlastnosti částic a správně třídí částice podle hodnot těchto veličin
-orientuje se v systému středoškolské fyziky, interpretuje učivo jednotlivých tematických celků a řeší úlohy na úrovni maturitní zkoušky z fyziky
Učivo
Mechanika
–Skládání pohybů a rychlostí
– Dostředivá a odstředivá síla
– Neinerciální vztažné soustavy
– Gravitační pole: intenzita gravitačního pole, gravitační a tíhové zrychlení, pohyby v homogenním tíhovém poli Země, pohyby v radiálním gravitačním poli Země (umělé družice Země), Sluneční soustava, Keplerovy zákony
– Mechanika tuhého tělesa (TT): výpočty s momentem síly, skládání a rozklad sil, dvojice sil, těžiště, rovnovážná poloha TT, moment setrvačnosti, kinetická energie TT.
– Mechanika tekutin: Pojem ideální kapaliny a ideálního plynu, Tlak v klidné kapalině, Pascalův zákon, hydrostatický a atmosferický tlak, Vztlaková síla, Archimedův zákon, Proudění ideální kapaliny, rovnice kontinuity, Bernoulliho rovnice, Proudění reálné tekutiny, odpor prostředí, Křídlo letadla, vztlaková aerodynamická síla
Molekulová fyzika a termika
-Rovnovážný stav a rovnovážný děj v termodynamické soustavě
-Práce plynu, kruhový děj s ideálním plynem
-2. a 3. termodynamický zákon, tepelné motory
Elektřina a magnetismus
– Elektrické pole nabitého vodivého tělesa
ve vakuu
– Elektrostatická indukce, polarizace dielektrika
– Kirchhoffovy zákony
– Elektromagnetický oscilátor a vznik elektromagnetického vlnění
– Sdělovací soustava – vysílač, přijímač
Optika:
– Ohyb a polarizace světla
– Fotometrické veličiny
Speciální teorie relativity:
– Prostor a čas v klasické mechanice
– Vznik STR a její základní principy
– Relativnost současnosti, dilatace času, kontrakce délek
– Skládání rychlostí v STR
– Základní pojmy relativistické dynamiky, vztah mezi energií a hmotností tělesa
– Vztah STR a klasické fyziky
– Základní myšlenky obecné teorie relativity
Fyzika mikrosvěta:
-Radioaktivita a její využití
– Metody detekce a urychlování částic
Závěrečné opakování
-systematizace středoškolského učiva fyziky
PT, náměty, činnosti, mezipředmětové souvislosti
matematika – operace s vektory
-geografie – vliv rotace Země a zeměpisné polohy daného místa na velikost tíhového zrychlení
-dějepis – vývoj názorů na stavbu vesmíru, historie výzkumu vesmíru
-matematika – operace s vektory
-ENV – Člověk a životní prostředí: vliv odporové síly na spotřebu pohonných hmot u dopravních prostředků a z toho vyplývající množství emisí ovlivňující kvalitu ovzduší
-dějepis – praní stroj, průmyslová revoluce
-ENV – Člověk a životní prostředí: vliv různých typů tepelných motorů na životní prostředí
dějepis, ZSV – posouzení významu rozvoje komunikační techniky ve 20. – 21. století
-ENV – Člověk a životní prostředí: osvětlení a hygiena práce
-dějepis, ZSV – význam teorie relativity pro rozvoj přírodovědného i společenskovědního (filosofie) poznání ve 20. století
-ENV – Člověk a životní prostředí: vliv ionizujícího záření na organismus
Vyučující ve školním roce 2021/2022
RNDr. Josef Křeček