Fizika

Fizika

Fizika

Fizika a szakközépiskolák 9–12. évfolyama számára (2+2+1)

Célok és feladatok

A természettudományos kompetencia középpontjában a természetet és a természet működését meg­ismerni, megvédeni igyekvő ember áll. A fizika tantárgy a természet működésének a tudomány által feltárt alapvető törvényszerűségeit, a megismerés módszereit és mindezek alkalmazni képes tudásának hasznosságát igyekszik megismertetni a diákokkal. A törvények harmóniáját és alkalmazhatóságuk hihetetlen széles skálatartományát megcsodálva bemutatja, hogyan segíti a tudományos módszer a természet erőinek és javainak az ember szolgálatába állítását. Olyan ismeretek megszerzésére, olyan gondolkodás- és viselkedésmódok elsajátítására ösztönözzük a fiatalokat, amelyekkel az egész élet­pályájukon hozzájárulnak majd a társadalom és a természeti környezet összhangjának fenntartásához, a tartós fejlődéshez és ahhoz, hogy a körülöttünk levő természetnek minél kevésbé okozzunk sérülést.

Nem kevésbé fontos, hogy elhelyezzük az embert kozmikus környezetében. A természettu­domány és a fizika ismerete segítséget nyújt az ember világban elfoglalt helyének megértésére, a világ jelenségeinek a természettudományos módszerrel történő rendszerbe foglalására. A természet törvé­nyeinek az embert szolgáló sikeres alkalmazása gazdasági előnyöket jelent, de ezen túl szellemi, eszté­tikai örömöt és harmóniát is kínál.

A természettudományok, ezen belül a fizika középiskolai oktatásának fontos célja és feladata a természettudományos tantárgyak megszerettetése. Erősíteni kell azt a meggyőződést, hogy a fizika eredményes tanulása alapvető szerepet játszik a gondolkodás és a készségek, képességek fejlesztésében, így végső soron feltétele annak, hogy a tanulók felkészüljenek a 21. század kihívásaira, a társadalomban, élethivatásukban, magánéletükben való eredményes helytállásra.

Ennek érdekében a NAT Ember és Természet művelt­ségterülete előírásai­nak megfelelően a 9–12. évfolyamon a fizika tantárgy tanítá­sának és tanulásának keretei között a ter­mé­szettudományos kom­petencia mellett a többi alapkompetencia fejlesztése is alapvető cél és fel­adat. Ehhez a tananyag feldolgozása közben meg kell találnunk az ismeret­szerzés­ és a személyiségfejlesztés helyes arányát, mert bármilyen irányú szélsőséges felfo­gás eltorzítaná a tanulás-tanítás eredményét.

A fizika alaptudomány, amelynek saját fogalomrendszere, alapelvei és törvényei vannak, amelyeket a többi természettudomány is felhasznál a saját gondolati rendszere kimunkálásához. Ezért vállal­nunk kell a fizikai előismeretetek biztosítását a többi reál tantárgy tanításához és a harmonikusan sokrétű általános műveltség kialakításához. Vagyis a fizikának meg­határozó szerepe és felelőssége van a természet megismerésében és védelmében, a technika fej­lesztésében és az ahhoz való alkalmaz­ko­dásban.

A tanítási-tanulási folyamat középpontjában a tanulók­ állnak, ezért:

–      figyelembe kell venni a tanulók többségére jellemző életkori sajátosságokat;

–      minél aktívabb szereplővé kell tenni őket a tudás megszerzésében (tanulói kísérletek, a bemutatott kísérletek közös elemzése, önálló adatgyűjtés stb.);

–      gondoskodni kell a többség sikerélményéről, mert ez a legfontosabb tényezője a tantárgy megszerettetésének, tehát ki kell alakítani a tantárgy iráni érzelmi és értelmi kötődést;

–      mivel a tanulók azt az ismeretet, gondolatot fogadják be legkönnyebben, ami jól kapcso­ló­dik a már meglevő tapasztalataikhoz, isme­reteikhez, tudásuk bővítésénél építeni kell a korábban megszer­zett isko­lai vagy iskolán kívüli konkrét tapasztalataikra, ismereteikre. Ez a folyamat legtöbbször kis lépésekben halad előre, ezért érdemes az egyes témák­hoz kapcsolódó alapokat a téma feldol­gozása előtt céltudatosan feleleveníteni, bőví­teni. A tantárgyat tanító pedagógusnak meg kell ismernie a tanulók előzetes, esetleg „naiv” fogalmait, és az új, tudományos fogalmakat azok ismeretében, rendszeres visszacsatolással kell kialakítani. Ugyanakkor tisztában kell lennie azzal, hogy a gondolkodás nem változtatható meg radikálisan, ezért ezek a fogalmak a tudományos ismeretek elsajátítása után is sokáig megmaradhatnak és működhetnek, a régi szemléletmód minden részlete nem tűnik el;

–      figyelembe kell venni, hogy a tanulók ebben az életkorban egyre több területen képesek az elvontabb (absztrakt, formális) gondolkodásra. Ezt nagymértékben erősíti, fejleszti, ha azt megfigyelések, kísérletek, mérések és ezek elemzései előzik meg, valamint a későbbi gya­korlati alkal­mazások igazolják helyességüket;

–      a tanulók ismerjék meg és gyakorolják a hagyományos és a korszerű ismeretszerzési mód­szereket és a korszerű eszközök alkalmazását, mert ezzel hatékonyabbá és könnyebbé tehetik munkájukat;

–      adjunk lehetőséget csoportmunkára, mert az jellemformáló és felkészíti a fiatalokat a fel­nőttkori felada­tok elvégzésére.

Fejlesztési feladatok

A fizika tanulása, tanítása nem lehet öncélú (csak a fizikai tartalomra figyelő), formális (csak a jelen­ségek, fogalmak, törvények stb. emlékezeti tudását segítő és elváró). Ezért az ismeretek megértését és alkalmazni képes szintjét kiemelt fontosságú fejlesztési feladatként kell kezelni, akár az ismeretek mennyisége és „mélysége” rovására is. Ezt a műveltségi területet az egész természettudomány és az általános műveltség részeként kell feldolgozni úgy, hogy a fizika minél több szállal kapcsolódjon ezek­hez. Közös (a tanulókkal és a többi kollégával végzett) munká­val el kell érni, hogy a tanulók döntő többsége elinduljon, és évről évre előre haladjon azon a fejlődési folyamaton, amelynek ered­mé­nyeként 18 éves korára képes lesz:

–      biztonsággal tájékozódni a természetben, a társadalomban, a rázúduló információhalmaz­ban; felismerni a helyét és feladatait abban; ezek ismeretében önállóan és rendszerben gondol­kodni, cseleked­ni az előtte álló feladatok teljesítésében, a problémák megoldásában;

–      megismerni az ehhez szükséges fizikai jelenségeket, fogalmakat, törvényszerűségeket, szemlé­let­módot életko­rá­nak megfelelő alkalmazási szinten, és kialakul benne az olyan logikus (a termé­szet­tu­dományokra jellemző, de általánosan is felhasználható) gondolkodásmód, ami segíti felis­mer­ni és megkü­lön­böztetni az áltudom­ányos tanokat a bizonyított ismeretektől, így tuda­to­san tudja, hogy dönté­seiben mit vegyen figyelembe;

–      észrevenni a kapcsolatot a fizika fejlődése és a társadalom változása, a történelmi folyama­tok kialakulása között, megismerni, értékelni a fizikatörténet legkiválóbb személyiségeinek mun­kás­ságát, tudományos eredményeit, ezek hatását az emberiség életére. Jellemformáló hatása legyen annak, hogy közülük sokan a nehézségeik ellenére, meggyőződésük melletti kitartásuk­kal érték el eredményeiket;

–      büszkének lenni azokra a magyar tudósokra, mérnökökre, különösen pedig a magyar származású Nobel-díjasainkra, akik a természet törvényeinek feltárásában és gyakorlati alkalmazásában kie­melkedőt alkottak;

–      észrevenni és elfogadni, hogy a tanulás értékteremtő munka, és erkölcsi kötelessé­ge ebben a munkában helytállni. A mai diákok többsége életük során várhatóan pá­lya­módosításra kényszerülhet, ezért is indokolt, hogy minden tanuló ismerkedjen meg a természet legátfogóbb törvényeivel és azok sokféle alkalmazási lehetőségével, vagyis a fizikával;

–      a csoportmunkára, projektfeladatok elvégzésére, mert a csoportos formában történő aktív ta­nulás, ismeretszerzés hozzájárul a tanuló reális énképének kialakulásához, fejleszti a harmonikus kapcsola­tok kiépíté­sére való képességet, a mások iránti empátiát és felelősségtudatot, megmutat­ja a közösségben végzett munkánál a szerepek, feladatok megosztásának módjait, jelentőségét;

–      eldönteni, hogy miben tehetséges és ez alapján meghatározni azt az életpályát, amire sike­resen felkészülhet.

Mindezek érdekében biztosítani kell a tanulóknak, hogy:

–      a tananyag feldolgozása módszertanilag sokféle legyen: pl. a konkrét tapasztalatokra épülő ta­nu­lói interaktivitást az ismeret­szer­zés­ben (könyvtár, számítógép, internet, multimédiás eszkö­zök stb.), a kompetenciaalapú oktatást, az interneten elérhető filmek, a számítógépes ani­mációk és szimulációk bemutatását, a digitális táblák használatát stb.;

–      elsajátíthassák a tanulási technikák olyan – az életkornak megfelelő szintű – ismeretét és begyakorolt alkal­mazását, amelyek képessé teszik őket, hogy akár önállóan is ismerethez jussanak a ter­mé­szeti, technikai és társadalmi környezetük folyamatairól, kölcsönhatásiról, változá­sa­iról stb.;

–      hozzájussanak mindazokhoz a lehetőségekhez, amelyeket megismerési, gondolkodási, ab­sztrakciós, önálló tanulási, szervezési, tervezési, döntési, cselekvési stb. képességeik fejlesz­tése érdekében a fizikatanítás biztosítani tud;

–      mind manipulatív, kísérleti, mind értelmi, logikai feladatok segítsé­gével legyen lehetőségük az olyan pozitív személyiségjegyek erősítésére, amelyek érdeklődést, türelmet, össz­pontosítást, objektív ítéletalkotást, mások véleményének figyelembe vételét, helyes önértéke­lést stb. kívánnak meg, és így fejlesztik azokat;

–      irányítással vagy önállóan, egyedül vagy csoportosan megtervezhessenek és végrehajthas­sa­nak megfigyelé­seket, kísérleteket; tapasztalataikat rögzítsék, ezek elemezését, közös értéke­lését és az eredményeket szak­mailag és nyelvileg is helyesen fogalmazzák meg. Ismerjék és alkalmazzák a baleset­védelmi szabályokat;

–      az ismeretszerzésnél a hagyományos mérőeszközök (mérőszalag, óra, hőmérő, mérleg, rugós erőmérő, feszültség- és áramerősség-­mérő stb.) és ezek korszerű változatait alkalmazhassák, felhasz­nálják;

–      a fizikai ismeretek rendszerében felismerjék, hogy melyek azok az alapvető fogalmak, elvek, törvények, amelyekre a fizika gondolati rendszere épül. Ezekkel kiemelt hangsúllyal kell foglalkozni, pl.: az anyag és ennek mindkét fajtája (a részecs­­ke­­szer­ke­zetű, ill. a mező), ezek szerkezete, valamint legfonto­sabb tulajdon­sága­ik (tehe­tetlenség, gravitáló képesség, a kölcsönható képesség, mágneses és elektromos tulajdonság stb.); a meg­maradási törvények; a tér, idő, tömeg mint alapmennyi­ség elemi szintű értel­mezése; kapcsolatok a kémiában tanultakkal stb.;

–      tájékozottak legyenek a hagyományos ismeretekben és azok gyakorlati alkalmazása terén, valamint elemi szinten a modern fizika azon eredményeiről (csillagászat, elektromágneses sugarak és alkalmazásuk; atomfizika haszna és veszélye; ősrobbanás; űrkutatás stb.), amelyek ma már közvetve vagy közvetlenül befolyásolják életünket;

–      észrevehessék és tudatosan használják az a) anyag, test, változási folyamatok, b) ezek tulaj­don­ságai, c) és az ezeket jellemző mennyiségek összetartozó hármasát, de vegyék észre e fo­gal­mak (a és b, illetve c) alapvetően különböző jellegét. (Az a és b ugyanis létező valóság, ugyanakkor c szellemi konstrukció, ami függ a vonatkoztatási rendszer megválasztásától.)

–      értsék: az energia és energiaváltozás (munka, hőmennyiség) fogalmát mint mennyiségi fogal­makat, és ezek je­len­tő­ségét az állapot és az állapotváltozás általános jellemzésében; azt, hogy bár az ener­gi­ával kapcsolatos köznapi szóhasználatok szakmailag pontatlanok, de mivel ezek cél­szerű, egyszerűsített kifejezések, használatuk mégis elfogadható, ha tudjuk a helyes értelmezésüket, vagyis azt, hogy mit „rejtjelezünk” velük.

A fizika tantárgy a NAT-ban meghatározott fejlesztési területek és kulcskompetenciák közül különösen az alábbiak fejlesztéshez járulhat hozzá:

Természettudományos kompetencia: A természettudományos törvények és módszerek hatékonyságának ismerete, az ember világbeli helyének megtalálásának, a világban való tájékozódásának elősegítésére. A tudományos elméletek társadalmi folyamatokban játszott szerepének ismerete, megértése; a fontosabb technikai vívmányok ismerete; ezek előnyeinek, korlátainak és társadalmi kockázatainak ismerete; az emberi tevékenység természetre gyakorolt hatásának és veszélyének ismerete.

Szociális és állampolgári kompetencia: a helyi és a tágabb közösséget érintő problémák megoldása iránti szolidaritás és érdeklődés; kompromisszumra való törekvés; a fenntartható fejlődés támogatása; a társadalmi-gazdasági fejlődés iránti érdeklődés.

Anyanyelvi kommunikáció: hallott és olvasott szöveg értése, szövegalkotás a témával kapcsolatban, mind írásban, a különböző gyűjtőmunkák esetében, mind pedig szóban, a felelések és prezentációk alkalmával.

Matematikai kompetencia: alapvető matematikai elvek alkalmazása az ismeretszerzésben, a mennyiségi fogalmak jellemzésében és a problémák megoldásában, ami a 7–8. osztályban csak a négy alapműveletre és a különböző táblázatok elkészítésére, grafikonok rajzolására és elemzésére korlátozódik.

Digitális kompetencia: információkeresés a témával kapcsolatban, adatok gyűjtése, feldolgozása, rendszerezése, a kapott adatok kritikus alkalmazása, felhasználása, grafikonok készítése.

Hatékony, önálló tanulás: új ismeretek felkutatása, értő elsajátítása, feldolgozása és beépítése; munkavégzés másokkal együttműködve, a tudás megosztása; a korábban tanult ismeretek, a saját és mások élettapasztalatainak felhasználása.

Kezdeményezőképesség és vállalkozói kompetencia: az új iránti nyitottság, elemzési képesség, különböző szempontú megközelítési lehetőségek számbavétele.

Esztétikai-művészeti tudatosság és kifejezőképesség: a saját prezentáció, gyűjtőmunka esztétikus kivitelezése, a közösség számára érthető tolmácsolása.

Mindezekre, valamint sok más fontos fejlesztésre és a sikerélmény széles körű biztosítására a legal­kal­ma­sabb módszer a gyermekköz­pontú, az élet­ko­ri sajátosságokat tiszteletben tartó, gyakor­lati szemléletű, rendszerben gondolkodtató, színvonalas fizikatanítás.

Az iskola tankönyvválasztásának szempontjai

A szakmai munkaközösségek a tankönyvek, taneszközök kiválasztásánál a következő szempontokat veszik figyelembe:

–      a taneszköz feleljen meg az iskola helyi tantervének;

–      a taneszköz legyen jól tanítható, jól tanulható;

–      a taneszköz nyomdai kivitelezése legyen alkalmas a tantárgy óraszámának és igényeinek megfelelő használatra több tanéven keresztül;

–      a taneszköz minősége, megjelenése legyen alkalmas a diákok esztétikai érzékének fejlesztésére, nevelje a diákokat igényességre, precíz munkavégzésre, a taneszköz állapotának megóvására;

Előnyben kell részesíteni azokat a taneszközöket:

–      amelyek több éven keresztül használhatók;

–      amelyek egymásra épülő tantárgyi rendszerek, tankönyvcsaládok, sorozatok tagjai;

–      amelyekhez megfelelő nyomtatott kiegészítő taneszközök állnak rendelkezésre (pl. munkafüzet, tudásszintmérő, feladatgyűjtemény, gyakorló);

–      amelyekhez rendelkezésre áll olyan digitális tananyag, amely interaktív táblán segíti az órai munkát feladatokkal, videókkal (pl. veszélyes, időigényes kísérletekről készült filmek, animációk) 3D modellek, grafikonrajzoló, statisztikai programok, interaktív feladatok, számonkérési lehetőségek, játékok stb. segítségével.

–      amelyekhez  olyan hozzáférés biztosított, amely az iskolában használt digitális eszközöket és tartalmakat interneten keresztül a diákok otthoni tanulásához is nyújtani tudja.

A javasolt taneszközök

A természetről tizenéveseknek Fizika 9., Fizika 10., Fizika 11. (tankönyv, mozaBook, mozaWeb*); az érettségi előkészítésére Fizika 11–12. tankönyv és munkafüzet a közép- és emelt szintű érettségire készülőknek).

*A Mozaik Kiadó tankönyveinek hátsó belső borítóján egyedi kód található, amelyet a www.mozaWeb.hu honlapon beregisztrálva, a Kiadó egyéves hozzáférést biztosít a tankönyv digitális változatához. Pontos részletek és bemutató a honlapon. A www.mozaWeb.hu elnyerte E-learning kategóriában az Év honlapja 2012 díjat.

Iskolai tanulói kísérleti eszközök, tanári demonstrációs eszközök, interaktív tábla, számítógép, projektor stb.

Javasolt óraszámok

Évfolyam

A tantárgy heti óraszáma

A fejezetekhez javasolt* órák összege

A tantárgy évi óraszáma**

9.

2

60 (= 57 + 3)

72 (= 60 + 7 + 5)

10.

2

60 (= 57 + 3)

72 (= 60 + 7 + 5)

11.

1

30 (= 27 + 3)

36 (= 29 + 4+ 3)

* Az egyes fejezetekhez javasolt tanórák száma tartalmazza az ismétlés, ellenőrzés és hiánypótlás óra­számát is.

** Mivel a fejezetekhez javasolt tanórák számának összege nem éri el az éves óraszá­mot, a különbség a szabadon hagyott 10 %-ot (7 óra), az év eleji emlékeztetőt, a tanév-végi összefoglalást, ismétlést és az elmaradó tanórák pótlását szolgálja (5 óra).


9. tanév

Az első találkozás a középiskolával befolyásolhatja a tanulók többségének kötődését, érzelmi kapcso­latát az új iskolához, a tantárgyhoz, erősítheti vagy gyengítheti önbizalmát és helyes önértékelését stb., ezért a 9. tanév indításánál figye­lembe kell venni az alábbiakat:

A középiskolák tanulói az általános iskolában a jobb eredményeket elérők közül kerültek ki és ott több volt a sikerélményük, mint a kudarcuk. Így a beilleszkedés nehézségei lehet, hogy nem az ő hibájuk (nem tanultak meg tanulni, más volt a követelményszint stb.), ezért a többség szá­mára az alkalmazkodás, esetleg a felzárkózás csak fokozatosan lehet sikeres.

Ebben az életkorban a tanulók már egyre több területen képesek az elvontabb (absztrakt, for­má­lis és ren­d­szerben) gondolkodásra, különösen akkor, ha ez a meglévő tudásukra épül, ahhoz kapcsolódik. Ezért már a me­chanika tanítása közben célszerű megoldani a tanulók felzár­kóztatását, (a lehetséges mértékű) azo­nos szintre hozását. Ezt nagymértékben segíti, ha a tanulás-tanítás folyamata (különösen az indulás­nál) megfigyelésekre, kísérletekre, mérésekre, ezek elem­zé­sére épül.

Célszerű már itt elérni, hogy a tanulók tudják, hogy az emberi megismerés sok ezer éves folya­mat, ami az elmúlt 150 évben felgyorsult ugyan, távolabb került a köznapi világtól, de mégis el­higgyék: a világ, annak „szerkezete, működése” foko­zatosan meg­ismerhető, megérthető, mennyi­­ségileg jellemezhető, valamint sajátos törvényekkel, összefüggésekkel leírható. A klasszi­­kus fi­zika taní­tása alkalmas ezek bemutatására.

A fizikában tanult ismeretek, megszerzett készségek és képességek a mindennapi életben szük­ségesek és jól felhasználhatók, tehát mind az egyén, mind a társadalom számára hasznosak, sok­szor nélkülözhetetlenek.

A tanulók döntő többsége 15 éves korában már képes erősíteni és önálló felhasználásra alkalmas szinten megérteni a viszonylagos fogalmát; tudatosítani a vonatkoztatási rendszer választásának szabadságát; megállapításaink érvényességi határát; fejleszteni a gondolkodás folyamatának terv­­szerűségét; a döntés tudatosságát; felismerni az ítéletalkotás megbíz­ható­ságának feltételeit, tehát a konkrét tapasztalatok sokaságából lehet általános következtetéseket levonni.

Fejleszthető az ok-okozati, valamint a függvénykapcsolatok felismerésének képessége, tudato­sítható a kettő közötti kapcsolat és különbség.

Az éves órakeret javasolt felosztása

A fejezetek címei

Óraszámok
  1. Minden mozog, a mozgás viszonylagos – a mozgástan elemei

18 (= 15 + 3)
  1. Ok és okozat (Arisztotelésztől Newtonig) – A newtoni mechanika elemei

24 (= 21 + 3)
  1. Folyadékok és gázok mechanikája

8 (= 6 + 2)
  1. Erőfeszítés és hasznosság. Energia – munka – teljesítmény – hatásfok

10 (= 7 + 3)

Az évi 10% szabad felhasználású óra

7

A tanév végi összefoglalás, az elmaradt órák pótlása

5

Az óraszámok összege

72
  1. 1.Minden mozog, – a mozgástan elemei

Célok és feladatok

-        Tudatosan építeni a köznapi tapasztalatokra, a 7. tanévben tanultakra, feleleveníteni a mozgások vizsgálatához nélkülözhe­tetlen fogalmakat (a mozgás sokfélesége, viszonylagossága; a vonat­koztatási rendszer, koordinátarendszer, anyagi pont, pálya, út, sebesség stb. fogalmát).

-        Tudatosítani, bővíteni, szakszerűbbé tenni és kísérletekkel vizsgálni a haladó mozgásokat, meg­fogalmazni az azokra vonatkozó ismereteket, kiala­kítani a sebesség- és gyorsulásvektor fogal­mát; a körmozgás és bolygómozgás leírását és jellem­zését.

-        Erősíteni és önálló felhasználásra alkalmassá tenni a viszonylagos fogalmát, tudatosítani a vonat­kozási rendszer választásának szabadságát, megfogalmazni az egyes megállapításaink, ítéletalko­tásunk érvényességi határát.

-        Erősíteni az érdeklődést a fizika, általában a tudás iránt és ezzel fejleszteni az akaraterőt, a fegyel­mezettséget.

-        Elérni, hogy a tanulók tudjanak mozgást jellemző grafikonokat készíteni és elemezni; értsék a „számértékileg egyenlő” megfogalmazás fizikai tartalmát; tudják alkalmazni a tanultakat.

A témakör feldolgozása

Tematikai egység
  1. 1.Minden mozog, – a mozgástan elemei

Órakeret: 18 óra

Előzetes tudás

Hétköznapi mozgásokkal kapcsolatos gyakorlati ismeretek.

A 7–8. évfolyamon tanult kinematikai alapfogalmak, az út- és időmérés alapvető módszerei, függvényfogalom, a grafikus ábrázolás elemei, egyenletrendezés.

  

A tematikai egység nevelési-fejlesztési céljai

A tulajdonság és mennyiség kapcsolatának, valamint különbözőségének tudatos felismerése. A kinematikai alapfogalmak, mennyiségek kísérleti alapokon történő kialakítása, illetve bővítése, az összefüggések (grafikus) ábrázolása és matematikai leírása. A természettudományos megismerés Galilei-féle módsze­rének bemutatása. A kísérletezési kompetencia fejlesztése a legegyszerűbb kézi mérésektől a számítógépes méréstechnikáig. A problémamegoldó képesség fejlesztése a grafikus ábrázolás és az ehhez kapcsolódó egyszerű feladatok megoldása során (is).

A tanult ismeretek gyakorlati alkalmazása hétköznapi jelenségekre, problémákra (pl. közlekedés, sport).

       

Problémák, jelenségek, gyakorlati alkalmazások, ismeretek

Követelmények

Kapcsolódási pontok

Milyen mozgásokat ismersz?

Milyen szempontok alapján külön­böztetjük meg a mozgásokat?

Alapfogalmak:

a köznapi testek mozgásformái: haladó mozgás és forgás.

Hogyan tudunk meghatározni mennyiségeket?

Mivel lehet megadni egy mennyi­sé­get?

Hely, hosszúság és idő mérése

Hosszúság, terület, térfogat, tömeg, sűrűség, idő, erő mérése.

Hétköznapi helymeghatározás, úthálózat km-számítása. GPS-rendszer létezése és alkalmazása.

A tanuló legyen képes a mozgásokról tanultak és a köznapi jelenségek összekapcsolására, a fizikai fogalmak helyes használatára, egyszerű számítások elvégzésére.

Ismerje a mérés lényegi jellemzőit, a szabványos és a gyakorlati mértékegységeket.

Legyen képes gyakorlatban alkalmazni a megismert mérési módszereket.

Matematika: függvény fogalma, grafikus ábrázolás, egyenletrendezés.

Informatika: függvényábrázolás (táblázatkezelő használata).

Testnevelés és sport: érdekes sebességadatok, érdekes sebességek, pályák technikai környezete.

Biológia-egészségtan: élőlények mozgása, sebességei, reakcióidő.

Művészetek; magyar nyelv és irodalom: mozgások ábrázolása.

Technika, életvitel és gyakorlat: járművek sebessége és fékútja, követési távolság, közlekedésbiztonsági eszközök, technikai eszközök (autók, motorok), GPS, rakéták, műholdak alkalmazása, az űrhajózás célja.

Történelem, társadalmi és állampolgári ismeretek: Galilei munkássága.

Földrajz: a Naprendszer szerkezete, az égitestek mozgása, csillagképek.

Ahhoz, hogy hol vagyunk, elegendő-e azt tudni, mennyit gyalogoltunk?

Mit kell ismerni egy test helyének meghatározásához?

A mozgás viszonylagossága, a vonatkoztatási rendszer.

Galilei relativitási elve.

Mindennapi tapasztalatok egyenletesen mozgó vonatkoztatási rendszerekben (autó, vonat).

Alkalmazások:

földrajzi koordináták; GPS;

helymeghatározás, távolságmérés radarral.

Mi jellemző az egyenletes mozgásra? Szemléltesd példákkal!

Két test közül melyik mozog gyor­sabban?

Tudatosítsa a viszonyítási rendszer alapvető szerepét, megválasztásának szabadságát

Milyen mozgásról mondjuk, hogy egyenletes?

Mit tudunk az egyenes vonalú mozgás pályájáról?

Egyenes vonalú egyenletes mozgás kísérleti vizsgálata és mennyiségi jellemzői.

Mikola Sándor (Mikola-cső)

Grafikus leírás.

Sebesség, átlagsebesség.

Sebességrekordok a sportban, sebességek az élővilágban.

Értelmezze az egyenes vonalú egyen­letes mozgást és jellemző mennyisé­ge­it, tudja azokat grafikusan ábrázol­ni.

Mondjunk példát változó mozgásokra!

Mi jellemző a változó mozgásokra?

Egyenes vonalú egyenletesen változó mozgás kísérleti vizsgálata és mennyiségi jellemzői.

A szabadesés vizsgálata.

A nehézségi gyorsulás meghatározása.

Ismerje a változó mozgás általános fogalmát, értelmezze az átlag- és pillanatnyi sebességet.

Ismerje a gyorsulás fogalmát, vektor-jellegét.

Tudja ábrázolni az s-t, v-t, a-t grafikonokat.

Tudjon egyszerű feladatokat megoldani.

Ismerje Galilei modern tudomány­teremtő, történelmi módszerének lényegét:

-    a jelenség megfigyelése,

-    értelmező hipotézis felállítása,

-    számítások elvégzése,

-    az eredmény ellenőrzése célzott kísérletekkel.

Milyen lesz a folyópartokra merőle­ge­sen irányított csónak valódi pályája? Egyenes vagy görbe vonalú pályán halad-e a vízszintesen elhajított kavics?

Összetett mozgások.

Egymásra merőleges egyenletes mozgások összege.

Vízszintes hajítás vizsgálata, értelmezése összetett mozgásként.

Ismerje a mozgások függetlenségének elvét és legyen képes azt egyszerű esetekre (folyón átkelő csónak, eldobott labda pályája, a locsolócsőből kilépő vízsugár pályája) alkalmazni.

A gyakorlatból milyen körmozgásokat ismerünk? Mi jellemző ezekre?

--------

Egyenletes körmozgás.

A körmozgás mint periodikus mozgás.

A mozgás jellemzői (kerületi és szögjellemzők).

A centripetális gyorsulás értelmezése.

Az emberiség történetében milyen megfigyelésekkel kezdődött a „tudo­mány” felé vezető út?

-------

A bolygók körmozgáshoz hasonló centrális mozgása, Kepler törvényei. A kopernikuszi világkép alapjai.

Ismerje a körmozgást leíró kerületi és szögjellemzőket, illetve tudja alkalmazni azokat.

Tudja értelmezni a centripetális gyorsulást.

Mutasson be egyszerű kísérleteket, méréseket. Tudjon alapszintű feladatokat megoldani.

A tanuló ismerje Kepler törvényeit, tudja azokat alkalmazni a Naprendszer bolygóira és a mesterséges holdakra.

Ismerje a geocentrikus és a heliocentrikus világkép kultúrtörténeti dilemmáját és konfliktusát.

Kulcsfogalmak/ fogalmak

Sebesség, átlagsebesség, pillanatnyi sebesség, gyorsulás, vektorjelleg, mozgások összegződése, periódusidő, szögsebesség, centripetális gyorsulás. Égitestek mozgása.

  
         
  1. 2.Okok és okozatok (Arisztotelésztől Newtonig)

A newtoni mechanika elemei

Célok és feladatok

–    A 7. tanévben megismert dinamikai fogalmak, törvények felelevenítése és közel egységes, alkal­mazhatósági szintre hozása.

–    Felismertetni a testek tehetetlenségének, a tehetetlenség törvényének és az inerciarendszer je­len­tőségét a megfigyeléseinkben, valamint a megállapításainkban.

–    A mozgásállapot-változással járó kölcsönhatások vizsgálata.

–    A mechanikai kölcsönhatások ismeretének mélyítése és mennyiségi jellemzése; az ok-okozati kapcsolatok felismerése és viszonylagosságuk tudatosítása (pl. a hatás–ellenhatás elnevezé­seknél); az összehasonlító, megkülönböztető, felismerő, lényegkiemelő képesség erősítése, az ítéletalkotás felelősségének tudatosítása.

–    A mozgás és a mozgásállapot fogalmának megkülönböztetése.

–    Lehetőséget biztosítani az egyszerű köznapi jelenségek okainak (pl. gyorsulás, lassulás, súrlódás, közegellenállás, egyensúly stb.) dinamikai értelmezésére.

–    Megmutatni, hogy a nyugalom és az egyensúly két különböző fogalom, a nyugalom a mozgás, az egyensúly a dinamika különleges esete.

–    Fejleszteni a tanulók jártasságát a mérőkísérletek elvégzésében, önállóságukat a következtetés­ben, az absztrakciós képességüket (pl. a rugó által kifejtett erőhatás és az erőhatást mennyiségileg jel­lemző erő értelmezésével).

–    Kapcsolatot teremteni a földrajzban a Naprendszerről, a Földről, a bolygókról tanultakkal. A fizikai ismeretekkel bővíteni, pontosabbá tenni a környező világunkról alkotott képet.

Tematikai egység

1. Okok és okozatok (Arisztotelésztől Newtonig) –
A newtoni mechanika elemei

Órakeret:

24 óra

Előzetes tudás

A kölcsönhatás és a közelhatás fogalma. A távolhatás létrejöttének értelmezése.   Az erőhatás és az erő fogalma, az erő mértékegysége, erőmérő, gyorsulás, tömeg, sűrűség.

A tematikai egység nevelési-fejlesztési céljai

Az ösztönös arisztotelészi mozgásszemlélet tudatos lecserélése a newtoni dinamikus szemléletre. Az új szemléletű gondolkodásmód kiépítése. Az általános iskolában megismert, elsősorban sztatikus jellegű erőfogalom felcserélése a dinamikai szemléletűvel, rámutatva a két szemlélet összhangjára.

Problémák, jelenségek, gyakorlati alkalmazások, ismeretek

Követelmények

Kapcsolódási pontok

Mi hozhat létre változást egy testen?

Milyen hatás következtében változhat meg egy test mozgásállapota?

A tehetetlenség törvénye (Newton I. axiómája).

Mindennapos közlekedési tapaszta­latok hirtelen fékezésnél, a biztonsági öv szerepe.

-------

A tehetetlenség, az azt jellemző tömeg fogalma és mértékegysége.

Az űrben, űrhajóban szabadon mozgó testek.

Mi a különbség 1 dm3 víz és 1 dm3 vas tömege között?

Mi a különbség 1 kg víz és 1 kg vas térfogata között?

Az anyag sűrűségének fogalma és mennyiségi jellemzője.

-------

Miért üt nagyobbat egy kosárlabda, mint egy pingponglabda, ha ugyanak­kora sebességgel csapódik hozzánk?

A mozgásállapot fogalma és jellemző mennyisége a lendület.

A zárt rendszer.

Lendületmegmaradás párkölcsönhatás (zárt rendszer) esetén.

Jelenségek, gyakorlati alkalmazások:

golyók, korongok ütközése.

Ütközéses balesetek a közlekedésben. Miért veszélyes a koccanás? Az utas biztonságát védő technikai megoldások (biztonsági öv, légzsák, a gyűrődő karosszéria).

Legyen képes az arisztotelészi mozgásértelmezés elvetésére.

Ismerje a tehetetlenség fogalmát és legyen képes az ezzel kapcsolatos hétköznapi jelenségek értelmezésére.

Ismerje az inercia- (tehetetlenségi) rendszer fogalmát.

Ismerje a tehetetlen tömeg fogalmát. Értse a tömegközéppont szerepét a valóságos testek mozgásának értelmezése során.

Tudja, hogy a sűrűség az anyag jellemzője, és hogyan lehet azt mennyiséggel jellemezni.

Tudjon sűrűséget számolással és méréssel is meghatározni, illetve táblázatból kikeresni.

Ismerje a lendület fogalmát, vektor-jellegét, a lendületváltozás és az erőhatás kapcsolatát.

Ismerje a lendületmegmaradás törvényét párkölcsönhatás esetén. Tudjon értelmezni egyszerű köznapi jelenségeket a lendület megmara­dá­sának törvényével.

Legyen képes egyszerű számítások és mérési feladatok megoldására.

Matematika: a függvény fogalma, grafikus ábrázolás, egyenletrendezés.

Technika, életvitel és gyakorlat: Takarékosság; légszennyezés, zajszennyezés; közlekedésbiztonsági eszközök, közlekedési szabályok, GPS, rakéták, műholdak alkalmazása, az űrhajózás célja.

Biztonsági öv, ütközéses balesetek, a gépkocsi biztonsági felszerelése, a biztonságos fékezés. Nagy sebességű utazás egészségügyi hatásai.

Biológia-egészségtan: reakcióidő, az állatok mozgása (pl. medúza).

-------

Érhet-e erőhatás rugalmas testet úgy, hogy annak alakja ne változzon meg?

Az erő fogalma. A lendületváltozás és az erőhatás kapcsolata. Lendülettétel.

Az erőhatás mozgásállapot-változtató (gyorsító) hatása.
Az erő a mozgásállapot-változ­tató hatás mennyiségi jellemzője.

Erőmérés rugós erőmérővel.

Newton II. axiómája.

Milyen erőhatásokat ismerünk?

Miben egyeznek és miben különböz­nek ezek?

-------

Erőtörvények, a dinamika alapegyenlete.

A rugó erőtörvénye.

A gravitációs erőtörvény.

A nehézségi erőhatás fogalma és hatása.

Tapadási és csúszási súrlódás.

Alkalmazások:

A súrlódás szerepe az autó gyorsításában, fékezésében.

Szabadon eső testek súlytalansága.

-------

Kanyarban miért kifelé csúszik meg az autó?

Kanyarban miért építik megdöntve az autóutakat?

-------

Az egyenletes körmozgás és más mozgások dinamikai feltétele.

Jelenségek, gyakorlati alkalmazások: vezetés kanyarban, út megdöntése kanyarban, hullámvasút; függőleges síkban átforduló kocsi; műrepülés,

körhinta, centrifuga.

-------

Newton gravitációs törvénye.

Jelenségek, gyakorlati alkalmazások:

A nehézségi gyorsulás változása a Földön.

Az árapályjelenség kvalitatív magyarázata. A mesterséges holdak mozgása és a szabadesés.

A súlytalanság értelmezése az űrállomáson. Geostacionárius műhol­dak, hírközlési műholdak.

A tanuló ismerje az erőhatás és az erő fogalmát, kapcsolatukat és a köztük levő különbséget, az erő mérését, mértékegységét, vektor-jellegét. Legyen képes erőt mérni rugós erőmérővel.

Értse az erőt mint a lendületváltozás sebességét.

Tudja Newton II. törvényét, lássa kapcsolatát az erő szabványos mértékegységével.

Ismerje és tudja alkalmazni a tanult egyszerű erőtörvényeket.

Legyen képes egyszerű feladatok megoldására, néhány egyszerű esetben:

-    állandó erővel húzott test,

-    mozgás lejtőn,

-    a súrlódás szerepe egyszerű mozgások esetén.

Értse, hogy az egyenlete

s körmozgás végző test mozgása gyorsuló mozgás. Gyorsulását (a centripetális gyorsu­lást) a testet érő erőha­tások eredője hozza létre, ami állandó nagyságú, változó irányú, mert mindig a kör középpontja felé mutat.

Ismerje Newton gravitációs törvényét. Tudja, hogy a gravitációs kölcsönhatás a négy alapvető fizikai kölcsönhatás egyike, meghatározó jelentőségű az égi mechanikában.

Legyen képes a gravitációs erőtör­vényt alkalmazni egyszerű esetekre.

Értse a gravitáció szerepét az űrkutatással, űrhajózással kapcsolatos közismert

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Földrajz: a Naprendszer szerkezete, az égitestek mozgása, csillagképek, távcsövek.

A kerék feltalálásának jelentősége

  

Eötvös Loránd (torziós inga)

Pontrendszerek mozgásának vizsgálata, dinamikai értelmezése.

Tudja, hogy az egymással kölcsönha­tásban lévő testek mozgását az egyes testekre ható külső erők és a testek közötti kényszerkapcsolatok figyelem­bevételével lehetséges értelmezni. jelenségekben.

  

Válassz ki környezetedből erőhatáso­kat, és nevezd meg ezek kölcsönha­tásbeli párját!

A kölcsönhatás törvénye (Newton III. axiómája). A rakétameghajtás elve

Ismerje Newton III. axiómáját, és egyszerű példákkal tudja azt illusztrálni. Értse, hogy az erőhatás mindig páro­sával lép fel. Legyen képes az erő és ellenerő világos megkülön­bözte­té­sére.

Értse a rakétameghajtás lényegét.

  

Pontszerű test egyensúlya.

A kiterjedt test egyensúlya.

A kierjedt test mint speciális pontrendszer, tömegközéppont.

Mi a feltétele annak, hogy egy rögzített ten­gelyen levő merev test forgása meg­változzon?

Forgatónyomaték.

Jelenségek, gyakorlati alkalmazások:

emelők, tartószerkezetek, építészeti érdekességek (pl. gótikus támpillérek, boltívek).

Deformálható testek egyensúlyi állapota.

A tanuló ismerje, és egyszerű esetekre tudja alkalmazni a pontszerű test egyensúlyi feltételét. Legyen képes erővektorok összegzésére.

Ismerje a kiterjedt test és a tömegközéppont fogalmát, tudja a kiterjedt test egyensúlyának kettős feltételét.

Ismerje az erőhatás forgómozgást megváltoztató képes­ségét, a létrejöttének feltételeit és annak mennyiségi jellemzőjét, a forgatónyomatékot.

Legyen képes a forgatónyomatékkal kapcsolatos jelenségek felismerésére, egyszerű számítások, mérések, szerkesztések elvégzésére.

Ismerje Hooke törvényét, értse a rugalmas alakváltozás és a belső erők kapcsolatát.

  

Pontrendszerek mozgásának vizsgálata, dinamikai értelmezése.

 

Tudja, hogy az egymással kölcsönhatásban lévő testek mozgását az egyes testekre ható külső erők és a testek közötti kényszerkapcsolatok figyelembevételével lehetséges értelmezni.

  

Kulcsfogalmak/ fogalmak

Tehetetlenség, tömeg, sűrűség. Mozgásállapot, lendület, lendületváltozás, lendületmegmaradás. Erőhatás, erő, párkölcsönhatás, erőtörvény, mozgáse­gyenlet, pontrendszer, rakétamozgás, ütközés. Forgatónyomaték. Egyensúly.
               

3. Folyadékok és gázok mechanikája

Célok és feladatok

–        Az eddig megismert erőfogalom sajátos szempont szerinti bővítése, kiegészítő fogalmak és elne­ve­zések bevezetése, használata (nyomóerő, nyomott felület, felhajtóerő).

–        A kölcsönhatások, az ok és okozati kapcsolatok vizsgálata a nyomás fogalmának megal­kotásában. Tapasztalatok és kísérletek elemzése. A megfigyelő- és elemzőképesség fej­lesztése.

–        A folyadékok és gázok nyomásával kapcsolatos jelenségek vizsgálata és azok értelmezése, magya­rázata golyómodellel. A modellmódszer alkalmazása.

–        Tudatosítani a fizika mint a legáltalánosabb természettudomány érvényességi területét, és megmu­tatni, hogy – a sajátosságok figyelembevételével – ugyanazok a fogalmak, törvények alkalmaz­hatók az anyag bármely halmazállapota esetén.

–        Elmélyíteni az élővilág két legfontosabb életteréről (levegő, víz) szerzett eddigi ismereteinket és kiemelni ezek védelmének jelentőségét az emberiség érdekében.

–        Bemutatni és bővíteni a részecskeszerkezetű anyag legáltalánosabb tulajdonságait, értelmezni azok mennyiségi jellemzőit (molekuláris erők, felületi feszültség), és azok jelentőségét a természetben.

–        Felismertetni a gázok és folyadékok áramlását, azok létrejöttének egyszerű fizikai magyarázatát, szerepét a természetben, hasznos és káros hatását.

–        Arkhimédész törvényének kísérletekkel történő megalapozása és logikai úton történő fel­ismer­te­tése, megfogalmazása. A felhajtóerő nagyságának különféle módon történő kiszá­mítása. Annak tudatosítása, hogy ugyanazzal a jelenséggel kapcsolatos felismerést külön­féle úton is elérhetjük.

–        A kölcsönhatás felismerése, a rendszerben történő gondolkodás erősítése.

–        A testet érő erőhatások együttes következményéről tanultak alkalmazása. Annak felismer­tetése, hogy a testek úszása, lebegése, elmerülése a folyadékokban és gázokban miért van kapcsolatban a sűrűségekkel.

–        A megállapítások, törvények érvényességi határának felismertetése a közlekedőedények és hajszálcsövek vizsgálata alapján.

–        Kapcsolatteremtés a biológiában és a földrajzban tanultakkal, illetve a környezetvédelemmel.

A témakör feldolgozása

Tematikai egység

3.     Folyadékok és gázok mechanikája

Órakeret:
8 óra

Előzetes tudás

A nyomás fogalma és mennyiségi jellemzése. Hidrosztatikai és aerosztatikai alapismeretek, sűrűség, légnyomás, felhajtóerő, kémia: anyagmegmaradás, halmazállapotok, földrajz: tengeri, légköri áramlások.

A tematikai egység nevelési-fejlesztési céljai

A témakör jelentőségének bemutatása, mint a fizika egyik legrégebbi területe, és egyúttal a legújabb kutatások színtere (pl. tengeri és légköri áramlások, a vízi és szélenergia hasznosítása). A megismert fizikai törvények összekapcsolása a gyakorlati alkalmazásokkal. Önálló tanulói kísérletezéshez szükséges képességek fejlesztése, hétköznapi jelenségek fizikai értelmezésének gyakoroltatása.

Problémák, jelenségek, gyakorlati alkalmazások, ismeretek

Követelmények

Kapcsolódási pontok

  

Hogy lehet kimutatni, hogy a levegőnek van súlya?

Miért szál fel a felhő, amikor benne vízmolekulák is vannak?

Légnyomás kimutatása és mérése.

Jelenségek, gyakorlati alkalmazások: „Horror vacui” – mint egykori tudományos hipotézis. (Torricelli kísérlete vízzel, Guericke vákuum-kísérletei, Geothe-barométer.)

A légnyomás változásai.

A légnyomás szerepe az időjárási jelenségekben, a barométerek működése.

Ismerje a légnyomás fogalmát, mértékegységeit.

Ismerjen a levegő nyomásával kapcsolatos, gyakorlati szempontból is fontos jelenségeket.

Matematika: a függvény fogalma, grafikus ábrázolás, egyenletrendezés.

Kémia: folyadékok, felületi feszültség, kolloid rendszerek, gázok, levegő, viszkozitás, alternatív energiaforrások.

Történelem, társadalmi és állampolgári ismeretek: a hajózás szerepe, a légi közlekedés szerepe.

Technika, életvitel és gyakorlat: vízi járművek legnagyobb sebességeinek korlátja, légnyomás, repülőgépek közlekedésbiztonsági eszközei, vízi és légi közlekedési szabályok.

Biológia-egészségtan: Vízi élőlények, madarak mozgása, sebességei, reakcióidő. A nyomás és változásának hatása az emberi szervezetre (pl. súlyfürdő, keszonbetegség, hegyi betegség).

  

Alkalmazott hidrosztatika

A gyakorlati életben milyen eszközök működésében van jelentősége a levegő és a folyadékok nyomásának?

Pascal törvénye, hidrosztatikai nyomás. Hidraulikus gépek.

Tudja alkalmazni hidrosztatikai ismereteit köznapi jelenségek értelmezésére. A tanult ismeretek alapján legyen képes (pl. hidraulikus gépek alkalmazásainak bemutatása).

 

Felhajtóerő nyugvó folyadékokban és gázokban.

Búvárharang, tengeralattjáró,

Léghajó, hőlégballon.

Legyen képes alkalmazni hidrosztatikai és aerosztatikai ismereteit köznapi jelenségek értelmezésére.

 

Molekuláris erők folyadékokban(kohézió és adhézió).

Felületi feszültség.

Jelenségek, gyakorlati alkalmazások:

habok különleges tulajdonságai, mosószerek hatásmechanizmusa.

Ismerje a felületi feszültség fogalmát. Ismerje a határfelületeknek azt a tulajdonságát, hogy minimumra törekszenek.

Legyen tisztában a felületi jelenségek fontos szerepével az élő és élettelen természetben.

  

Folyadékok és gázok áramlása

Jelenségek, gyakorlati alkalmazások: légköri áramlások, a szél értelmezése a nyomásviszonyok alapján, nagy tengeráramlásokat meghatározó környezeti hatások.

Tudja, hogy az áramlások oka a nyomáskülönbség. Legyen képes köznapi áramlási jelenségek kvalitatív fizikai értelmezésére.

Tudja értelmezni az áramlási sebesség változását a keresztmetszettel az anyagmegmaradás (kontinuitási egyenlet) alapján.

  

Miért nehezebb vízben futni, mint levegőben?

Miért hajolnak előre a kerékpárver­senyzők verseny közben?

Közegellenállás

Az áramló közegek energiája, a szél- és a vízi energia hasznosítása.

Ismerje a közegellenállás jelenségét, tudja, hogy a közegellenállási erő sebességfüggő.

Legyen tisztában a vízi és szélenergia jelentőségével hasznosításának múltbeli és korszerű lehetőségeivel. A megújuló energiaforrások aktuális hazai hasznosítása.

 

Kulcsfogalmak/ fogalmak

A nyomás fogalma, mérése és kiszámítása. Hidrosztatikai nyomás, felhajtóerő, úszás, viszkozitás, felületi feszültség, légnyomás, légáramlás, áramlási sebesség, aerodinamikai felhajtóerő, közegellenállás, szél- és vízi energia, szélerőmű, vízerőmű.
         

4. Erőfeszítés és hasznosság. Energia – Munka – Teljesítmény –
Hatásfok

Célok és feladatok

–        Az energiáról és a munkáról eddig megtanult ismeretek felelevenítése, rendszere­zése és egységes, alkalmazhatósági szintre emelése.

–        Az energia és a munka fogalmának bővítése, annak tudatosítása, hogy az energia az egyik legáltalánosabb fogalom és a munka az energiaváltozás egyik fajtája.

–        Alkalmazni képes tudássá formálni az energia és az energiaváltozások (munka; hőmennyi­ség) fogalmát; be­mutatni szerepét az állapot, illetve az állapotváltozás mennyiségi jellem­zésében; egy­re több területen történő felismeréssel erősíteni az energia-megmaradás törvé­nyét és a zárt rendszeren belüli érvényességi határát, alkalmazhatóságát (pl. a mechanikai energia fogalmának kialakítása közben).

–        Jártasságot szerezni a különféle energiafajták értelmezésében éskiszámításában; a munka­té­tel alkalmazásában és az alkalmazhatóság feltételeinek felismerésében.

–        A kísérletező, mérő, megfigyelő-, összehasonlító képesség erősítése; igény támasz­tása a közös lényeg tudatos keresésére és megfogalmazására.

–        A rendszerben gondolkozás, a logikai és absztrakciós képesség fejlesztése a külső ismér­vek alapján leírható jelenségek (pl. súrlódás) értelmezésének közvetlenül nem észlelhető okra történő visszavezetése által.

–        Kiemelni a „megmaradó” mennyiségek szerepét és jelentőségét az energiaváltozás­sal járó folyamatok vizsgálatánál, valamint a megmaradó mennyiségek kapcsolatát zárt rendszer­ben lezajló kölcsönhatá­sokkal.

–        Felhívni a figyelmet arra, hogy a testek állapota egyetlen külső hatásra is sok szem­pontból megváltozhat. Ezek az egyidejű változások függvényekkel kifejezhető kap­csolatban van­nak ugyan egymással (pl. W = DEm), de nem okai egymásnak.

–        Az elmélet és az adott kor köznapi gyakorlatának összekapcsolásával bemutatni és erősí­teni a fizikusok (pl. Joule, Watt) munkájának, a tudományos eredményeinek, valamint az egyéni tudásnak a jelentőségét, személyes és társadalmi hasznosságát.

–        Értelmezni az energiával, hővel kapcsolatos köznapi szóhasználatot, mert az szakmailag pontatlan és csak akkor nem vezet téves elképzelésre (pl. az energia anyag), ha tudjuk, mit akarunk egyszerűsítve kifejezni azzal (pl. energiatakarékosság, energiaszállítás, energia­hor­dozó, energiatarta­lom, energiaterjedés, energiaelőállítás stb.).

–        Felhívni a figyelmet az „energiatakarékosság” jelentőségére a környezetvédelemben (pl. a hatásfok tárgyalásánál).

A témakör feldolgozása

Tematikai egység
  1. Erőfeszítés és hasznosság
  2. Energia – Munka – Energia – Teljesítmény – Hatásfok

Órakeret:
10 óra

Előzetes tudás

A newtoni dinamika elemei, a fizikai munkavégzés tanult fogalma. Az energia, a munka és a hőmennyiség közös mértékegysége. A teljesítmény és a hatásfok elemi ismerete.

A tematikai egység nevelési-fejlesztési céljai

Az általános iskolában tanult energia, energiaváltozás munka- és mechanikai-energia-fogalom elmélyítése és bővítése, a mechanikai energiamegmaradás igazolása speciális esetekre és az energiamegmaradás törvényének általánosítása. Az elméleti megközelítés mellett a fizikai ismeretek mindennapi alkalmazásának bemutatása, gyakorlása.

Problémák, jelenségek, gyakorlati alkalmazások, ismeretek

Követelmények

Kapcsolódási pontok

  

Mivel jellemezhető mennyiségileg a testek kölcsönható, változtató képes­sége?

Milyen energiafajtákat ismertetek meg az általános iskolában?

Az energia fogalma és az energia­megmaradás tétele.

Mi a különbség a köznapi szóhaszná­lat munkavég­zés és a fizikában használt munkavégzés kifejezése jelentése között?

Fizikai munkavégzés, és az azt jel­lemző munka fogalma, mértékegy­sége.

Mechanikai energiafajták (helyzeti energia, mozgási energia, rugalmas energia). Munkatétel.

A mechanikai energiamegmaradás törvénye.

A teljesítmény és a hatásfok.

A tanuló értse a fizikai munkavégzés és a teljesítmény fogalmát, ismerje mértékegységeiket. Legyen képes egyszerű feladatok megoldására.

Ismerje a munkatételt, és tudja azt egyszerű esetekre alkalmazni.

Ismerje az alapvető mechanikai energiafajtákat, és tudja azokat a gyakorlatban értelmezni

Tudja egyszerű zárt rendszerek példá­in keresztül értelmezni a mechanikai energiamegmaradás törvényét. Tudja, hogy a mechanikai energiamegma­radás nem teljesül súrlódás, közeg­ellenállás esetén, mert a rendszer mechanikailag nem zárt. Ilyenkor a mechanikai energiaveszteség a súrlódási erő munkájával egyenlő.

Matematika: a függvény fogalma, grafikus ábrázolás, egyenletrendezés.

Testnevelés és sport: a sportolók teljesítménye, a sportoláshoz használt pályák energetikai viszonyai és a sporteszközök energetikája.

Technika, életvitel és gyakorlat: járművek fogyasztása, munkavégzése, közlekedésbiztonsági eszközök, technikai eszközök (autók, motorok).

Biológia-egészségtan: élőlények mozgása, teljesítménye.

  

Egyszerű gépek, hatásfok.

Érdekességek, alkalmazások.

-        Ókori gépezetek, mai alkalmazások. Az egyszerű gépek elvének felismerése az élővilágban. Egyszerű gépek az emberi szervezetben.

-        Alkalmazások, jelenségek: a fékút és a sebesség kapcsolata, a követési távolság meghatározása.

Tudja a gyakorlatban használt egysze­rű gépek működését értelmezni, ezzel kapcsolatban feladatokat megoldani.

Értse, hogy az egyszerű gépekkel munka nem takarítható meg.

  

Energia és egyensúlyi állapot.

Ismerje a stabil, labilis és közömbös egyensúlyi állapot fogalmát, és tudja alkalmazni egyszerű esetekben.

  

Kulcsfogalmak/ fogalmak

Energia, munkavégzés, munka; helyzeti energia, mozgási energia, rugalmas energia, munkatétel, mechanikai energiamegmaradás. Teljesítmény, hatásfok.
         


10. évfolyam

Az egyes témák feldolgozása minden esetben a korábbi ismeretek, hétköznapi tapasztalatok összegyűjtésével, a kísérletezéssel, méréssel indul, de az ismeretszerzés fő módszere a tapasztalatokból szerzett információk rendszerezése, matematikai leírása, igazolása, ellenőrzése és az ezek alapján elsajátított ismeretanyag alkalmazása.

A diákok természetes érdeklődést mutatnak a kísérletek, jelenségek és azok megértése iránt. A kerettantervi ciklus a klasszikus fizika jól kísérletezhető témaköreit dolgozza fel, a tananyagot a tanulók általános absztrakciós szintjéhez és az aktuális matematikai tudásszintjéhez igazítja. Ily módon az elektromágnesség témája nem zárul le a gimnáziumi képzés első ciklusában.

    A megismerés módszerei között fontos kiindulópont a gyakorlati tapasztalatszerzés, kísérlet, mérés, ehhez kapcsolódik a tapasztalatok összegzése, a törvények megfogalmazása szóban és egyszerű matematikai formulákkal. A fizikatanításban ma már nélkülözhetetlen segéd- és munkaeszköz a számítógép.

    Célunk a korszerű természettudományos világkép alapjainak és a mindennapi élet szempontjából fontos gyakorlati fizikai ismeretek kellő mértékű elsajátítása. A tanuló érezze, hogy a fizikában tanultak segítséget adnak számára, hogy biztonságosabban, energiatu­dato­san, olcsóbban éljen, hogy a természeti jelenségeket megfelelően értse és tudja magyarázni, az áltudományos reklámok ígéreteit helyesen tudja kezelni.

Az éves órakeret javasolt felosztása

A fejezetek címe

Óraszámok
 

9 (= 7 + 2)
  1. mozgó töltések elektromos tulajdonságú részecskék – egyenáram – vezetési típusok

20 (= 17 + 3)
 

8 (= 6 + 2)

4. Részecskék rendezett és rendezetlen mozgása – A molekuláris hőelmélet elemei

4 (= 3 + 1)
 

10 (= 7 + 3)

6. Hőfelvétel hőmérséklet-változás nélkül – halmazállapot-változások

5 (= 3 + 2)

7. Mindennapok hőtana

4 = (2 + 2)

Az évi 10% szabad felhasználású óra

7

A tanév végi összefoglalás, az elmaradt órák pótlása

5

Az óraszámok összege

72

 

1. Közel- és távolhatás – Elektromos töltés és elektromos mező

 

Célok és feladatok

–    A testek különféle elektromos állapotának (negatív vagy pozitív többlettöltés, megosztás, polarizáció) értelmezése kísérleti megfigyelések, valamint a tanulók általános iskolai és kémiai előismereteinek felhasználásával.

–    Annak tudatosítása, hogy az elektromos mező a részecskeszerkezetű anyaggal egyenrangú anyagfajta, amelynek alapvető szerepe van az elektromos jelenségekben, kölcsön­hatásokban. Ezért fontos az elektromos mező mennyiségi jellemzése.

–    A már ismert elektromos mennyiségekről (töltésmennyiség, feszültség) tanultak feleleve­nítése, pontosítása, bővítése, az energiafajták és megmaradási tételek (elektromos mező energiája, töltésmegmaradás) kiterjesztése. Az elektromos mező konzervatív voltának tudatosítása.

–    Az analógiák megmutatása (a gravitációs és az elektromos mező törvényei; egyenesen arányos fizikai mennyiségek hányadosával új fizikai mennyiségek értelmezése) a tanulók gondolkodásának és emlékezőképességének fejlesztése érdekében.

–    A kísérleti megfigyelésre épülő induktív és a meglévő ismeretekre alapozó deduktív módszerek témához és a tanulókhoz igazodó megválasztásával bemutatni az elektromos mező néhány speciális típusát (pontszerű töltés környezetében, elektromos vezető belsejében és környezetében, síkkondenzátornál).

–    Egyszerű számításokkal gyakoroltatni, elmélyíteni az elektromos tulajdonságú ré­szecs­kékre és mezőre vonatkozó ismereteket.

–    Minél több gyakorlati példával érzékeltetni az elektrosztatikában tanultak jelentőségét a természetben és a technikában (földelés, árnyékolás, villám, villámhárító, kondenzá­torok, balesetvédelem stb.)

A témakör feldolgozása

Tematikai egység

1. Közel- és távolhatás – Elektromos töltés,elektromos mező

Órakeret
9 óra

Előzetes tudás

Erő, munka, energia, elektromos tulajdonság, elektromos állapot, elekt­romos töltés, elektromos kölcsönhatások, a feszültség elemi fogalma.

A tematikai egység nevelési-fejlesztési céljai

Az elektrosztatikus mező fizikai valóságként való elfogadtatása. A mező jellemzése a térerősség, potenciál és erővonalak segítségével. A problé­mamegoldó képesség fejlesztése jelenségek, kísérletek, mindennapi alkalmazások értelmezésével.

Problémák, jelenségek, gyakorlati alkalmazások, ismeretek

Követelmények

Kapcsolódási pontok

  

Elektrosztatikai alapjelenségek.

Elektromos kölcsönhatás. Elektromos tulajdonságú részecskék, elektromos állapot.

Elektromos töltés.

Mindennapi tapasztalatok (vonzás, taszítás, pattogás, szikrázás öltözködésnél, fésülködésnél, fémek érintésénél).

Vezetők, szigetelők, földelés.

Miért vonzza az elektromos test a semleges testeket?

A fénymásoló, lézernyomtató működése, Selényi Pál szerepe.

Légköri elektromosság, a villám, védekezés a villámcsapás ellen.

A tanuló ismerje az elektrosztati­kus alapjelenségeket, pozitív és negatív elektromos tulajdonságú részecs­kéket, ezek szerepét az elektromos állapot létrejöttében, az elektro­mos megosztás jelenségét. Tudjon ezek alapján egyszerű kísér­leteket, jelensége­ket értelmezni.

Kémia: elektron, proton, elektromos töltés, az atom felépítése, elektrosztatikus kölcsönhatások, kristályrácsok szerkezete.Kötés, polaritás, molekulák polaritása,fémes kötés, fémek elektromos vezetése.

Matematika: egyenes és fordított arányosság, alapműveletek, egyenletrendezés, számok normálalakja, vektorok függvények.

Technika, életvitel és gyakorlat: balesetvédelem, földelés.

  

Coulomb törvénye.

(az első mennyiségi összefüggés az elektromosságtan történetében)

Az elektromos és gravitációs kölcsönhatás összehasonlítása.

A töltés mint az elektromos állapot mennyiségi jellemzője és mérték­egysége.

A töltésmegmaradás törvénye.

Ismerje a Coulomb-féle erőtör­vényt, értse a töltés mennyi­ségi fogalmát és a töltésmegmaradás törvényét.

 

Az elektromos erőtér (mező) mint a kölcsönhatás közvetítője.

Kieg.: A szuperpozíció elve.

Az elektromos térerősség mint az elektromos mezőt jellemző vektormennyiség; a tér szerkezetének szemléltetése erővonalakkal.

A homogén elektromos mező.

Kieg.: Az elektromos fluxus.

Az elektromos mező munkája homogén mezőben. Az elektro­mos feszültség fogalma.

Feszültségértékek a gyakorlatban.

Kieg.: A potenciál, ekvipotenciális felületek.

Ismerje a mező fogalmát, és létezését fogadja el anyagi objektumként. Tudja, hogy a sztatikus elektromos mező forrása/i az elektromos tulajdonságú részecskék.

Ismerje a mezőt jellemző térerősséget, értse az erővonalak jelentését.

Ismerje a homogén elektromos mező fogalmát és jellemzését.

Ismerje az elektromos feszültség fogalmát.

Tudja, hogy a töltés mozgatása során végzett munka nem függ az úttól, csak a kezdeti és végállapotok helyzetétől.

Legyen képes homogén elektromos térrel kapcsolatos elemi feladatok megoldására.

  

Töltés eloszlása fémes vezetőn.

Jelenségek, gyakorlati alkalmazások: csúcshatás, villámhárító, elektromos koromleválasztó. Benjamin Franklin munkássága. Segner-kerék, Segner János András.

Faraday-kalitka, árnyékolás.

Miért véd az autó karosszériája a villámtól? Vezetékek elektromos zavarvédelme.

Az emberi test elektromos feltöltődésének következménye.

Tudja, hogy a fémre felvitt töltések a felületen helyezkednek el.

Ismerje az elektromos csúcshatás jelenségét, a Faraday-kalitka és a villámhárító működését, valamint gyakorlati jelentőségét.

 

A kapacitás fogalma.

A síkkondenzátor kapacitása. Kondenzátorok kapcsolása.

A kondenzátor energiája.

Az elektromos mező energiája.

Kondenzátorok gyakorlati alkalmazásai (vaku, defibrillátor).

Ismerje a kapacitás fogalmát, a síkkondenzátor terét.

Tudja értelmezni kondenzátorok soros és párhuzamos kapcsolását.

Egyszerű kísérletek alapján tudja értelmezni, hogy a feltöltött kondenzátornak, azaz a kondenzátor elektromos terének energiája van.

  

Kulcsfogalmak/ fogalmak

Elektromos tulajdonság, elektromos állapot. Töltés, elektromos mező, térerősség, erővonalrendszer, feszültség, potenciál, kondenzátor, az elektromos mező energiája.
         

2. A mozgó töltések – egyenáram

Célok és feladatok

–        Közelebb hozni a fizikát a tanulókhoz az elektromosság tanítása közben meg­va­lósít­ható kísérletek bemutatásával, értelmezésével és tanulói kísérletek, mérések lehetőségének biztosításával.

–        Bővíteni a tanulóknak az anyag két fajtájával (a részecskeszerkezetű és mező) kapcso­latos tudását.

–        Annak tudatosítása, hogy az áramköri folyamatoknál is teljesül a töltés- és az energia-megmaradás törvénye.

–        A klasszikus fizikai modellszerű gondolkodás gyakorlása a különböző vezetési típusok és a vezetők ellen­állásának értelmezése kapcsán.

–        Konkrét esetekben megmutatni, és ezzel tudatosítani, hogy a modellek használatának, valamint a fizikai törvényeknek érvényességi határa van (pl. szupravezetés).

–        A jelenségek értelmezésével, azok érzékszerveinkkel közvetlenül fel nem ismerhető okokkal történő magyarázatával fejleszteni a tanulók absztrakciós képességét, fantáziáját; gondolkodtató kérdésekkel és számításos feladatokkal logikus gondolkodásra nevelni és elmélyíteni a tanultakat.

–        Történelmi korokhoz és társadalmi, gazdasági igényekhez kapcsolva bemutatni az elektromosságtani ismeretek fejlődését.

–        A mező fogalmának elmélyítése a mágneses mező vizsgálata, valamint a mágneses és elektromos mező kölcsönhatásának megismerése által.

–        Az elektromos és mágneses mező jellemzési módjainak összehasonlítása, az analógia lehetőségeinek kihasználása, az eltérések indoklása révén az összehasonlító, megkü­lönböztető, rendszerező képességek fejlesztése.

–        A tanult ismeretek széles körű gyakorlati szerepének és használhatóságának bemu­tatásával tudatosítani a fizika és általában a tudomány jelentőségét a társadalom, a gazdaság, az energiatakarékosság, a környezetvédelem területén és az egyén életében.

–        A kerettanterv az elektromosságtani fejezetekre – a hőtannal ellentétben – a korábbiaknál lényegesen kevesebb óraszámot biztosít. Ezért a tananyag megnyugtató feldolgozásához ajánlott a kerettantervi órakeretet kissé átcsoportosítani, esetleg a szabad órake­retből is a kötelező tananyag feldolgozására, elmélyítésére fordítani.

 

A témakör feldolgozása

Tematikai egység

1. A mozgó töltések – egyenáram – vezetési típusok

Órakeret
20

Előzetes tudás

Telep (áramforrás), áramkör, fogyasztó, áramerősség, feszültség.

A tematikai egység nevelési-fejlesztési céljai

Az egyenáram értelmezése mint   az elektromos tulajdonságú részecskék áramlása. Az elektromos áram jellemzése hatásain keresztül (hőhatás, mágneses, vegyi és biológiai hatás). Az elméleten alapuló gyakorlati ismeretek kialakítása (egyszerű hálózatok ismerete, ezekkel kapcsolatos egyszerű számítások, telepek, akkumulátorok, elektromágnesek, motorok). Az energiatudatos, egészségtudatos és környezettudatos magatartás fejlesztése.

Problémák, jelenségek, gyakorlati alkalmazások, ismeretek

Követelmények

Kapcsolódási pontok

  

Az elektromos áram fogalma, kapcsolata a fémes vezetőkben zajló elektromos tulajdonságú részecskék rendezett töltés mozgásával.

A zárt áramkör.

Jelenségek, alkalmazások: Volta-oszlop, laposelem, rúdelem, napelem.

Volta és Ampère munkásságának jelentősége.

A tanuló ismerje az elektromos áram fogalmát, az áramerősség mértékegységét, az áramerősség és feszültség mérését. Tudja, hogy az egyenáramú áramforrások feszültségét, pólusainak polaritását nem elektromos jellegű belső folyamatok (gyakran töltésátrendeződéssel járó kémiai vagy más folyamatok) biztosítják.

Ismerje az elektromos áramkör legfontosabb részeit, az áramkör ábrázolását kapcsolási rajzon.

Kémia: elektromos áram, elektromos veze­tés, rácstípusok tulaj­don­ságai és azok anyag­szerkezeti magyarázata.

Galvánelemek működése, elektromotoros erő.

Ionos vegyületek elektromos vezetése olvadékban és oldatban, elektrolízis.

Vas mágneses tulajdonsága.

Matematika: alapműveletek, egyenletrendezés, számok normálalakja, egyenes arány.

.

Biológia- egészségtan:

Az emberi test áramvezetése, áramütés hatása, hazugságvizsgáló, orvosi diagnosztika és terápiás kezelések.

Technika, életvitel és gyakorlat: áram biológiai hatása, elektromos áram a háztartásban, biztosíték, fogyasztásmérők, balesetvédelem.

Világítás fejlődése és korszerű világítási eszközök.

Korszerű elektromos háztartási készülékek, energiatakarékosság.

Környezetvédelem.

Informatika: mikroelektronikai áramkörök, mágneses információrögzítés.

  

Ohm törvénye, áram- és feszültségmérés. Analóg és digitá­lis mérőműszerek használata.

Fogyasztók (vezetékek)

ellenállása. Fajlagos ellenállás.

Fémek elektromos vezetése.

Jelenség: szupravezetés.

Az elektromos mező munkája az áramkörben. Az elektromos teljesítmény.

Az elektromos áram hőhatása. Fogyasztók a háztartásban, fogyasztásmérés, az energiatakarékosság lehetőségei.

Költségtakarékos világítás

(hagyományos izzó, halogénlámpa, kompakt fénycső, LED-lámpa összehasonlítása)

Tudja Ohm törvényét. Legyen képes egyszerű számításokat végezni Ohm törvénye alapján.

Ismerje az elektromos ellenállás mindhárom jelentését (test, annak egy tulajdonsága, és az azt jellemző mennyiség), fajlagos ellenállás fogal­mát, mértékegységét és mérésének módját.

Legyen kvalitatív képe a fémek elektromos ellenállásának klasszikus értelmezéséről.

  

Tudja értelmezni az elektromos áram teljesítményét, munkáját.

Legyen képes egyszerű számítások elvégzésére. Tudja értelmezni a fogyasztókon feltüntetett teljesítményadatokat. Az energiatakarékosság fontosságának bemutatása.

  

Összetett hálózatok.

Ellenállások kapcsolása. Az eredő ellenállás fogalma, számítása.

Ohm törvénye teljes áramkörre.

Elektromotoros erő (üresjárási feszültség)   kapocsfeszültség, a belső ellenállás fogalma.

Tudja a hálózatok törvényeit alkalmazni ellenállás-kapcsolások eredőjének számítása során.

Ismerje a telepet jellemző elektro­motoros erő (ürejárási feszültség) és a belső ellenállás fogalmát, Ohm törvényét teljes áramkörre.

  

Az áram vegyi hatása.

Kémiai áramforrások.

Az áram biológiai hatása.

Tudja, hogy az elektrolitokban mozgó ionok jelentik az áramot. Ismerje az elektrolízis fogalmát, néhány gyakorlati alkalmazását.

Értse, hogy az áram vegyi hatása és az élő szervezeteket gyógyító és károsító hatása között összefüggés van.

Ismerje az alapvető elektromos érintésvédelmi szabályokat és azokat a gyakorlatban is tartsa be.

Ismerje az elemek, akkumulátorok főbb jellemzőit és használatuk alapelveit.

  

Mágneses mező (permanens mágnesek).

Az egyenáram mágneses hatása.Áram és mágnes kölcsönhatása.

Egyenes vezetőben folyó egyenáram mágneses mezőjének vizsgálata. A mágneses mezőt jellemző indukcióvektor fogalma, mágneses indukcióvonalak, mág­neses fluxus.

A vasmag (ferromágneses közeg) szerepe a mágneses hatás szem­pontjából. Az áramjárta vezetőt érő erőhatás mágneses mezőben.

Az elektromágnes és gyakorlati alkalmazásai (elektromágneses daru, relé, hangszóró.

Az elektromotor működése.

Permanens mágnesek kölcsönhatása, a mágnesek tere.

Tudja bemutatni az áram mágneses terét egyszerű kísérlettel.

Ismerje a tér jellemzésére alkalmas mágneses indukcióvektor fogalmát.

Legyen képes a mágneses és az elektromos mező jellemzőinek összehasonlítására, a hasonlóságok és különbségek bemutatására.

Tudja értelmezni az áramra ható erőt mágneses térben.

Ismerje az egyenáramú motor működésének elvét.

   

Lorentz-erő – mágneses tér hatása mozgó szabad töltésekre.

Ismerje a Lorentz-erő fogalmát és tudja alkalmazni néhány jelenség értelmezésére (katódsugárcső, ciklotron, sarki fény).

  

Kulcsfogalmak/ fogalmak

Áramkör, ellenállás, fajlagos ellenállás, az egyenáram teljesítménye és munkája, elektromotoros erő, belső ellenállás, az elektromos áram hatásai (hő, kémiai, biológiai, mágneses), elektromágnes, Lorentz-erő, elektromotor.
         

3. Hőhatások és állapotváltozások – hőtani alapjelenségek, gáztörvények

 

Célok és feladatok

–        Hőtani alapjelenségek törvényszerűségeinek bemutatása és alkalmazása a gyakorlatban. A hőtani jelenségek hasznos és káros megjelenése környezetünkben, ezeknek praktikus alkalmazása, illetve ezekhez való alkalmazkodás a mindennapi gyakorlatunkban.

–        Az élőlények szubjektív hőérzete mint a hőmérséklet fogalmának előkészítése, majd az objektív fogalom egzakt bevezetése, mérésének hőtáguláson alapuló tárgyalása.

–        Megismertetni és definiálni a gázok állapothatározóit, mint a gáz adott állapotának egyértelmű jellemzőit. Törvényszerű összefüggések feltárása kísérleti úton a gázok állapothatározói között. A speciális állapotváltozások ábrázolása a p–V diagramon. Az állapotváltozások felismerése és megfigyeltetése a gyakorlati életben.

–        Az ideális gáz mint elméleti modell bevezetése, új (praktikus) hőmérsékleti skála (Kelvin-skála) bevezetését teszi lehetővé.

–        A Kelvin-skála abszolút jellege, a Kelvin- és Celsius-skála közötti kapcsolat alkalmazása egyszerű feladatok megoldásánál.

A témakör feldolgozása

Tematikai egység

3. Hőhatások és állapotváltozások – hőtani alapjelenségek, gáztörvények

Órakeret 8 óra

Előzetes tudás

A hőérzet szubjektív és relatív jellege. Hőmérséklet, hőmérséklet mérése.

A gázokról kémiából tanult ismeretek.

A tematikai egység nevelési-fejlesztési céljai

A hőtágulás tárgyalása, a jelenség mint a klasszikus hőmér­séklet alapjelensége. A gázok anyagi minőségtől független hőtágulásán alapuló Kelvin-féle „abszolút” hőmérsékleti skála bevezetése. Gázok állapotjelzői közt fennálló összefüggések kísérleti és elméleti vizsgálata.

Problémák, jelenségek, gyakorlati alkalmazások, ismeretek

Követelmények

Kapcsolódási pontok

  

A hőmérséklet, hőmérők, hőmérsékleti skálák.

Milyen a jó hőmérő, hogyan növelhető a pontossága?

Hőtágulás.

Szilárd anyagok lineáris, felületi és térfogati hőtágulása.

Folyadékok térfogati hőtágulása.

Csökken vagy növekszik a táguló fémlemezben vágott köralakú nyílás? Hogyan változik az edények űrtartalma a hőtáguláskor?

 

Ismerje a tanuló a hőmérséklet­mé­résre leginkább elterjedt Celsius-skálát, néhány gyakorlatban hasz­nált hőmérő működési elvét. Legyen gyakorlata hőmérsékleti grafikonok olvasásában.

Ismerje a hőtágulás jelenségét szilárd anyagok és folyadékok esetén. Tudja a hőtágulás jelentőségét a köznapi életben, ismerje a víz különleges hőtágulási sajátosságát, és szerepét az élővilágban.

Kémia: a gáz fogalma és az állapothatározók közötti összefüggések: Avogadro törvénye, moláris térfogat,

Matematika: a függvény fogalma, grafikus ábrázolás, egyenletrendezés, exponenciális függvény. Biológia–egészségtan:

Víziállatok élete télen a befagyott tavakban, folyókban.

Testnevelés és sport: sport nagy magasságokban (hegymászás, ejtőernyőzés), sportolás a mélyben (búvárkodás).

Biológia–egészségtan: keszonbetegség, hegyi betegség, madarak repülése.

Földrajz: széltérképek, nyomástérképek, hőtérképek, áramlások.

  

Gázok állapotjelzői, összefüggéseik

Boyle–Mariotte-törvény, Gay–Lussac-törvények.

A Kelvin-féle gázhőmérsékleti skála.

Ismerje a tanuló a gázok alapvető állapotjelzőit, az állapotjelzők közötti páronként kimérhető összefüggéseket.

Ismerje a Kelvin-féle hőmérsékleti skálát, és legyen képes a két alapvető hőmérsékleti skála közti átszámításokra. Tudja értelmezni az abszolút nulla fok jelentését. Tudja, hogy a gázok döntő többsége átlagos körülmények között (nor­mál légnyomás, nem túl alacsony hőmérséklet) az anyagi minőségüktől függetlenül hasonló fizikai sajátságokat mutat. Ismerje az ideális gáz fogalmát, és az ideális gázok állapotjelzői között felírható speciális összefüggéseket, az   egyesített gáztörvényt, és tudjon ennek segítségével egyszerű feladatokat megoldani.

  

Az ideális gáz állapotegyenlete.

Lehetséges-e, hogy a gáznak csak egyetlen állapotjelzője változzon?

Tudja a gázok állapotegyenletét mint az állapotjelzők közt fennálló általános összefüggést.

Ismerje az izoterm, izochor és izobár , állapotváltozások összefüggéseit mint az állapotegyenlet speciális eseteit.

  

Kulcsfogalmak/ fogalmak

Hőmérséklet, hőmérsékletmérés, hőmérsékleti skála, lineáris és térfogati hőtágulás, állapotegyenlet, egyesített gáztörvény, állapotváltozás, izochor, izoterm, izobár változás, Kelvin-skála.
         

 

Célok és feladatok

–    Az ideális gáz állapotváltozásai törvényszerűségeinek értelmezése a gázok golyómodellje alapján.

–    A gáztörvények univerzális jellegének értelmezése a gázrészecskék mint szerkezet nélküli golyók egyformasága alapján.

–    A gázok részecskemodelljének sikeres működése mint a 19. századi atomhipotézis egyik első megerősítésének bemutatása.

–    A gázok belső energiájának összekapcsolása a gázrészecskék rendezetlen mozgásával. A belső energia mint a kaotikus mozgás mérhető jellemzője.

–    A belső energia és a hőmérséklet, a hőközlés kapcsolata, az I. főtétel megértésének előkészítése.

A témakör feldolgozása

Tematikai egység

  

Órakeret
4 óra

Előzetes tudás

Az anyag atomos szerkezete, az anyag golyómodellje, gázok nyomása, rugalmas ütközés, lendületváltozás, mozgási energia, kémiai részecskék tömege.

A tematikai egység nevelési-fejlesztési céljai

Az ideális gáz modelljének jellemzői. A gázok makroszkopikus jellemzőinek értelmezése a modell alapján, a nyomás, hőmérséklet – átlagos kinetikus energia, „belső energia”. A melegítés hatására fellépő hőmérséklet növekedésének és a belső energia változásának a modellre alapozott fogalmi összekapcsolása révén a hőtan főtételek megértésének előkészítése.

Problémák, jelenségek, gyakorlati alkalmazások, ismeretek

Követelmények

Kapcsolódási pontok

  

Az ideális gáz kinetikus modellje.

A tanuló ismerje a gázok univerzális tulajdonságait magyarázó részecskemodellt.

Kémia: gázok tulajdonságai, ideális gáz.

  

A gáz nyomásának és hőmérsékletének értelmezése.

Értse a gáz nyomásának és hőmérsékletének a modellből kapott szemléletes magyarázatát.

 

Az ekvipartíció tétele, a részecskék szabadsági fokának fogalma.

Gázok moláris és fajlagos hőkapacitása.

Ismerje az ekvipartíció-tételt, a gáz­részecskék átlagos kinetikus ener­giája és a hőmérséklet közti kapcso­latot. Lássa, hogy a gázok melegí­té­se során a gáz részecs­kéinek összenergiája nő, a melegítés lényege energiaátadás.

  

Kulcsfogalmak/ fogalmak

Modellalkotás, kinetikus gázmodell, nyomás, hőmérséklet, átlagos kinetikus energia, ekvipartíció.
         

Célok és feladatok

–        Bemutatni a testek belső energiájának rendezetlen és rendezett megváltoztatási módjait. A külső mechanikai munkavégzés és a hőközlés egyenértékűségének szemléltetése gyakorlati példákon keresztül.

–        A hőtan I. főtételének szóbeli és mennyiségi megfogalmazása.

–        Az I. főtételnek mint az energiamegmaradás általánosításának bemutatása.

–        A gázok tárgyalt speciális állapotváltozásainak energetikai vizsgálata az I. főtétel alapján.

–        A hőtani folyamatok és a „súrlódásmentes” mechanikai jelenségek lefolyásának összehasonlítása. A reverzibilitás és az irreverzibilitás fogalmának gyakorlati példákon való szemléltetése. A hőtan II. főtételének megfogalmazása.

–        A hőerőgépek hatásfoka, elvi korlátainak bemutatása. Az örökmozgók („tökéletes hőerőgépek”) elvi lehetetlenségének szemléltetése gyakorlati példákon.

–        Felhívni a figyelmet a gyakorlati életben gyakran tapasztalható áltudományos próbálkozá­sok­ra.

–        A főtételek univerzális – a természettudományok mindegyikére érvényes – jellegének bemutatása konkrét eseteken keresztül.

 
A témakör feldolgozása

Tematikai egység

5. Energia, hő és munka – a hőtan főtételei

Órakeret
10 óra

Előzetes tudás

Munka, kinetikus energia, energiamegmaradás, hőmérséklet, melegítés.

A tematikai egység nevelési-fejlesztési céljai

A hőtan főtételeinek tárgyalása során annak megértetése, hogy a természetben lejátszódó folyamatokat általános törvények írják le. Az energiafogalom általánosítása, az energiamegmaradás törvényének kiterjesztése. A termodinamikai gépek működésének értelmezése, a termodinamikai hatásfok korlátos voltának megértetése. Annak elfogadtatása, hogy energia befektetése nélkül nem működik egyetlen gép, berendezés sem, sem elsőfajú, sem pedig másodfajú örökmozgók nem léteznek. A hőtani főtételek univerzális (a természettudományokra általánosan érvényes) tartalmának bemutatása.

Problémák, jelenségek, gyakorlati alkalmazások, ismeretek

Követelmények

Kapcsolódási pontok

  

Melegítés munkavégzéssel.

(Az ősember tűzgyújtása, járművek fékberendezésének túlmelegedése, a világűrből érkező testek: űrhajók, meteoritok „hullócsillagok” felmelegedése stb.

A belső energia fogalmának kialakítása.

A belső energia megváltoztatásának módjai.

Tudja, hogy a melegítés lényege az állapotváltozás ,energiaátadás, és hogy nincs „hőanyag”!

Ismerje a tanuló a belső energia fogalmát mint a gázrészecskék mozgási energiájának összegét. Tudja, hogy a belső energia melegítéssel és/vagy munkavégzéssel változtatható meg.

Kémia: exoterm és endotem folyamatok, termokémia, Hess- tétel, kötési energia, reakcióhő, égéshő, elektrolízis.

Gyors és lassú égés, tápanyag, energiatartalom (ATP), a kémiai reakciók iránya, megfordítható folyamatok, kémiai egyensúlyok, stacionárius állapot, élelmiszer-kémia.

Technika, életvitel és gyakorlat: Folyamatos technológiai fejlesztések, innováció.

Hőerőművek gazdaságos működtetése és környezetvédelme.

Földrajz: környezetvédelem, a megújuló és nem

megújuló energia fogalma.

Biológia–egészségtan: az „éltető Nap”, élő szervezetek hőháztartása, öltözködés, állattartás.

Magyar nyelv és irodalom; idegen nyelvek: Madách Imre??, Tom Stoppard???.

Történelem, társadalmi és állampolgári ismeretek; vizuális kultúra: a Nap kitüntetett szerepe a mitológiában és a művészetekben. A beruházás megtérülése, megtérülési idő, takarékosság.

Filozófia; magyar nyelv és irodalom: Madách: Az ember tragédiája, eszkimó szín, a Nap kihűl, az élet elpusztul.

  

A termodinamika I. főtétele.

Hogyan melegítheti fel a kovács a megmunkálandó vasdarabot, ha elfogyott a tüzelője?

Hűlhet-e a gáz, ha melegítjük?

Lásd szén-dioxid patron becsava­rását!

Alkalmazások konkrét fizikai, kémiai, biológiai példákon.

Egyszerű számítások.

Ismerje a termodinamika I. főtételét mint az energiamegmaradás általánosított megfogalmazását.

Az I. főtétel alapján tudja energetikai szempontból értelmezni a gázok korábban tanult speciális állapotváltozásait. Kvalitatív példák alapján fogadja el, hogy az I. főtétel általános természeti törvény, amely fizikai, kémiai, biológiai, geológiai folyamatokra egyaránt érvényes.

  

Hőerőgép.

Ideális gázzal végzett körfolyamatok.

A hőerőgépek hatásfoka.

Miért sokkal jobb hatásfokú egy elektromos autó, mint egy benzinnel működő?

Az élő szervezet hőerőgépszerű működése.

A favágók sok zsíros ételt esznek, még sem híznak el, vajon miért?

Gázok körfolyamatainak elméleti vizsgálata alapján értse meg a hőerőgép, hűtőgép, hőszivattyú működésének alapelvét. Tudja, hogy a hőerőgépek hatásfoka lényegesen kisebb mint 100%. Tudja kvalitatív szinten alkalmazni a főtételt a gyakorlatban használt hőerőgépek, működő modellek energetikai magyarázatára. Energetikai szempontból lássa a lényegi hasonlóságot a hőerőgépek és az élő szervezetek működése között.

  

Az „örökmozgó” lehetetlensége.

Higgyünk-e a vízzel működő autó létezésében?

Tudja, hogy „örökmozgó” („energiabetáplálás” nélküli hőerőgép) nem létezhet! Másodfokú sem: nincs 100%-os hatásfokú hőerőgép.

  

A természeti folyamatok iránya.

Lehetséges-e Balaton befagyásakor felszabaduló hővel lakást fűteni?

A spontán termikus folyamatok iránya, a folyamatok megfordításának lehetősége.

Felemelkedhet-e a földről egy kezdetben forró vasgolyó, hűlés közben?

Ismerje a reverzibilis és irreverzibilis változások fogalmát. Tudja, hogy a természetben az irreverzibilitás a meghatározó.

Kísérleti tapasztalatok alapján lássa, hogy különböző hőmérsékletű testek közti termikus kölcsönhatás iránya meghatározott: a magasabb hőmérsékletű test energiája csökken az alacsonyabb hőmérsék­letűé pedig nő; a folya­mat addig tart, amíg a hőmérsékle­tek ki nem egyenlítődnek. A spontán fo­lyamat iránya csak „energiabefek­te­tés” árán változtatható meg.

  

A termodinamika II. főtétele.

Ismerje a hőtan II. főtételét, annak többféle megfogalmazását és tudja, hogy kimondása tapasztalati alapon történik. Tudja, hogy a hőtan II. főtétele általános természettör­vény, a fizikán túl minden termé­szet­tudomány és a műszaki tudo­mányok is alapvetőnek tekintik.

  

Kulcsfogalmak/ fogalmak

Főtételek, hőerőgépek, reverzibilitás, irreverzibilitás, elsőfajú és másodfajú örökmozgó.
         

 

 

Célok és feladatok

–        Halmazállapot-változások áttekintése. Anyagszerkezettel összefüggő energetikai elemzése. Halmazállapot-változások jelentőségének bemutatása a természetben, és a gyakorlati életben való alkalmazása (távfűtés stb.).

–        A víz fagyáskor bekövetkező térfogatváltozásának gyakorlati és élettani vonatkozásainak tárgyalása. Az emberi tevékenység alkalmazkodása a tapasztalt törvényszerűséghez.

–        A környezetünkben lévő anyagok megszokott, és szokatlan halmazállapot – formáinak bemutatása – (gáz-halmazállapotú levegő, folyékony nitrogén, szilárd szén-dioxid stb.)

A témakör feldolgozása

Tematikai egység

  

Órakeret
5 óra

Előzetes tudás

Halmazállapotok anyagszerkezeti jellemzői, a hőtan főtételei.

A tematikai egység nevelési-fejlesztési céljai

A halmazállapotok jellemző tulajdonságainak és a halmazállapot-változások energetikai hátterének tárgyalása, bemutatása. A halmazállapot-változásokkal kapcsolatos mindennapi jelenségek értelmezése a fizikában és a társ-termé­szettudományok területén is.

Problémák, jelenségek, gyakorlati alkalmazások, ismeretek

Követelmények

Kapcsolódási pontok

  

A halmazállapotok makroszkopikus jellemzése, energetika és mikroszerkezeti értelmezése.

Miért folyik ki a víz a felfordított pohárból, és miért marad pohár alakú a benne megfagyott, de már olvadó jéghenger, ha kiborítjuk?

Melegít-e a jegesedő Balaton?

Hova lesz a fagyáskor elvont hő?

A tanuló tudja, hogy az anyag kü­lön­böző halmazállapotait (szilárd, folyadék- és gázállapot) makroszkopikus fizikai tulajdonságaik alapján jellemezni. Lássa, hogy ugyanazon anyag külön­böző halmazállapotai esetén a belsőenergia-értékek különböznek, a halmazállapot megváltoztatása mindig energianövekedéssel vagy energiacsökkenéssel járó folyamat.

Matematika: a függvény fogalma, grafikus ábrázolás, konstans függvény

Egyenletrendezés.

Kémia: halmazállapotok és halmazállapot-változások, exoterm és endoterm folyamatok, kötési energia, képződéshő, reakcióhő, üzemanyagok égése, elektrolízis.

Biológia-egészségtan: a táplálkozás alapvető biológiai folyamatai, ökológia, az „éltető Nap”, hőháztartás, öltözködés.

Technika, életvitel és gyakorlat: folyamatos technológiai fejlesztések, innováció.

Földrajz: környezetvédelem, a megújuló és nem megújuló energia fogalma.

  

Az olvadás és a fagyás jellemzői.

A halmazállapot-változás energetikai értelmezése.

Jelenségek, alkalmazások:

A hűtés mértéke és a hűtési sebesség meghatározza a megszilárduló anyag mikro-szerkezetét és ezen keresztül sok tulajdonságát. Fontos a kohászatban, mirelitiparban. Ha a hűlés túl gyors, nincs kristályosodás – az olvadék üvegként szilárdul meg, nincs sejtroncsolódás.

Ismerje az olvadás, fagyás fogalmát, jellemző mennyiségeit (olvadáspont, olvadáshő). Legyen képes egyszerű, halmazállapot-változással járó kalorikus feladatok megoldására. Ismerje a fagyás és olvadás szerepét a mindennapi életben.

  

Párolgás és lecsapódás (forrás).

A párolgás (forrás), lecsapódás jellemzői. Halmazállapot-változások a természetben. A halmazállapot-változás energetikai értelmezése.

Jelenségek, alkalmazások: a „kuktafazék” működése (a forráspont nyomásfüggése), a párolgás hűtő hatása, szublimáció, deszublimáció desztilláció, szárítás, kámfor, szilárd szagtalanítók, naftalin alkalmazása háztartásban, csapadékformák.

Ismerje a párolgás, forrás, lecsapódás, szublimáció,deszublimáció jelenségét, mennyiségi jellemzőit. Legyen képes egyszerű számítások elvégzésére, a jelenségek felismerésére a hétköznapi életben (időjárás). Ismerje a forráspont nyomásfüggésének gyakorlati jelentőségét és annak alkalmazását.

Legyen képes egyszerű, halmazállapot-változással járó kalorikus numerikus feladatok megoldására (számítással).

  

Kulcsfogalmak/ fogalmak

Halmazállapot (gáz, folyadék, szilárd), halmazállapot-változás (olvadás, fagyás, párolgás, lecsapódás, szublimáció, deszublimáció, forrás).
         

7. Mindennapok hőtana

Célok és feladatok

–        A fizika és a környezetünkben előforduló hőjelenségek kapcsolatának, az ezekre vonatkozó fizikai ismeretek hasznosságának tudatosítása.

–        Társadalmunkban előforduló aktuális eseményeknek (megújuló energia program, gázvezeték-építés stb), háztartási tevékenységünknek elemző vizsgálata a tanult hőtani ismeretek alapján.

–        Önálló projektmunka tervezése, végzése és bemutatása a modern információforrások és segéd­­eszközök (internet, számítógépes projektor stb.) felhasználásával.

–        A választott és kijelölt témák feldolgozásában az egyéni és csoportmunka vegyes alkalmazása.

A témakör feldolgozása

Tematikai egység

7. Mindennapok hőtana

Órakeret
4 óra

Előzetes tudás

Az eddig tanult hőtani ismeretek és tapasztalatok.

A tematikai egység nevelési-fejlesztési céljai

A fizika és a mindennapi jelenségek kapcsolatának, a fizikai ismeretek hasznosságának tudatosítása. Kis csoportos projektmunka otthoni, internetes és könyvtári témakutatással, adatgyűjtéssel, kísérletezés tanári irányítással. A csoportok eredményeinek bemutatása, közös tanórai megvitatása, értékelése.

Problémák, jelenségek, gyakorlati alkalmazások, ismeretek

Fejlesztési követelmények

Kapcsolódási pontok

Feldolgozásra ajánlott témák:

-       Halmazállapot-változások a természetben.

-       Korszerű fűtés, hőszigetelés a lakásban.

-       Hőkamerás felvételek.

-       Hogyan készít meleg vizet a napkollektor.

-       Hőtan a konyhában.

-       Naperőmű.

-       A vízerőmű és a hőerőmű összehasonlító vizsgálata.

-       Az élő szervezet mint termodinamikai gép.

-       Az UV és az IR sugárzás   élettani hatása.

-       Látszólagos „örökmozgók” működésének vizsgálata.

Kísérleti munka tervezése csoportmunkában, a feladatok felosztása.

A kísérletek megtervezése, a mérések elvégzése, az eredmények rögzítése.

Az eredmények nyilvános bemutatása kiselőadások, kísérleti bemutató formájában.

Technika, életvitel és gyakorlat: takarékosság, az autók hűtési rendszerének téli védelme.

Történelem, társadalmi és állampolgári ismeretek: beruházás megtérülése, megtérülési idő.

Biológia–egészségtan: táplálkozás, ökológiai problémák. A hajszál­csövesség szerepe növényeknél, a levegő páratartalmának hatása az élőlényekre, fagykár a gyümölcsösökben, üveg­házhatás, a vérnyo­másra ható tényezők.

Magyar nyelv és irodalom:

Madách Imre: Az ember tragédiája (eszkimó szín).

Kulcsfogalmak/ fogalmak

A hőtani tematikai egységek kulcsfogalmai.
       

A fejlesztés várt eredményei a két évfolyamos ciklus végén

A kísérletezési, mérési kompetencia, a megfigyelő, rendszerező készség fejlődése.

A mozgástani alapfogalmak ismerete, grafikus feladatmegoldás. A newtoni mechanika szemléleti lényegének elsajátítása: az erő nem a mozgás fenntartásához, hanem a mozgásállapot megváltoztatásához szükséges.

Egyszerű kinematikai és dinamikai feladatok megoldása.

A kinematika és dinamika mindennapi alkalmazása.

Folyadékok és gázok sztatikájának és áramlásának alapjelenségei és ezek felismerése a gyakorlati életben.

Az elektrosztatika alapjelenségei és fogalmai, az elektromos és a mágneses mező fizikai objektumként való elfogadása. Az áramokkal kapcsolatos alapismeretek és azok gyakorlati alkalmazásai, egyszerű feladatok megoldása.

A gázok makroszkopikus állapotjelzői és összefüggéseik, az ideális gáz golyómodellje, a nyomás és a hőmérséklet kinetikus értelmezése golyómodellel.

Hőtani alapfogalmak, a hőtan főtételei, hőerőgépek elemi szintű, de alkalmaz­ni­ képes ismerete.

Annak felismerése, hogy gépeink működtetése és az élő szervezetek műkö­dése is energiacsökkenéssel járó folyamat, ezért tartósan, csak energia „befektetése árán” valósíthatók meg. Mivel ezekben nem csak a cél szem­pontjából elengedhetetlen változások vannak, a befektetett energia jelentős része „elvész”, a működésben nem haszno­sul, ezért a „tökéletes hőerőgép” és „örökmozgó” létezése elvileg kizárt.

Mindennapi környezetünk hőtani vonatkozásainak ismerete.

Az energiatudatosság fejlődése


11. évfolyam

A képzés második szakasza a matematikailag igényesebb mechanikai és elektrodinamikai tartalmakat (rezgések, indukció, elektromágneses rezgések, hullámok), az optikát és a modern fizika két nagy témakörét: a héj- és magfizikát, valamint a csillagászat-asztrofizikát dolgozza fel. A mechanikai, elektrodinamika és az optika esetén a jelenségek és a törvények megismerésén az érdekességek és a gyakorlati alkalmazásokon túl fontos az alapszintű feladat- és problémamegoldás. A modern fizikában a hangsúly a jelenségeken, gyakorlati vonatkozásokon van.

Az atommodellek fejlődésének bemutatása jó lehetőséget ad a fizikai törvények feltárásában alapvető modellezés lényegének koncentrált bemutatására. Az atomszerkezetek megismerésén keresztül jól kapcsolható a fizikai és a kémiai ismeretanyag, illetve megtárgyalható a kémiai kötésekkel összetartott kristályos és cseppfolyós anyagok mikroszerkezete és fizikai sajátságai közti kapcsolat. Ez utóbbi témának fontos része a félvezetők tárgyalása.

A magfizika tárgyalása az elméleti alapozáson túl magába foglalja a nukleáris technika kérdéskörét, annak kockázati tényezőit is. A Csillagászat és asztrofizika fejezet a klasszikus csillagászati ismeretek rendszerezése után a magfizikához jól kapcsolódó csillagszerkezeti és kozmológiai kérdésekkel folytatódik. A fizika tematikus tanulásának záró éve döntően az ismeretek bővítését és rendszerezését szolgálja, bemutatva a fizika szerepét a mindennapi jelenségek és a korszerű technika értelmezésében, és hangsúlyozva a felelősséget környezetünk megóvásáért. A heti két órában tanult fizika alapot ad, de önmagában nem elegendő a fizikaérettségi letételéhez, illetve a szakirányú (természettudományos és műszaki) felsőoktatásba történő bekapcsolódáshoz. Az eredményes vizsgázáshoz és a továbbtanuláshoz. 11–12. évfolyamon intenzív kiegészítő foglalkozá­sokat kell szervezni. A kiegészítő felkészítés része kell, hogy legyen a szükséges matematikai ismeretek, a fizikai feladatmegoldás, kísérleti készség fejlesztése.

 

Az éves órakeret javasolt felosztása

A fejezetek címe

Óraszámok
  1. Mechanikai rezgések és hullámok

5 (= 4 + 1)
  1. Mágnesség és elektromosság – elektromágneses indukció, váltóáramú hálózatok

     4 (= 3 + 1)
  1. Rádió, televízió, mobiltelefon. Elektromágneses rezgések és hullámok

3 (= 2 + 0)
  1. Hullám és sugároptika

4 (= 3 + 1)
  1. Az atom szerkezete. A modern fizika születése

6 (= 5 + 1)
  1. Az atommag is részekre bontható! A magfizika elemei

4 (= 3 + 1)
  1. Csillagászat és asztrofizika

3 (= 2 + 1)

Az évi 10% szabad felhasználású óra

4

A tanév végi összefoglalás, az elmaradt órák pótlása

3

Az óraszámok összege

36

 

1. Mechanikai rezgések és hullámok

   E fejezet tartalmának feldolgozása azért is fontos, mert napjainkban, az élet minden részében je­len­tős szerepe van az elektromos váltakozó áram, valamint az elektromágneses hullámok gyakorlati alkal­mazá­sának, és ezek még elemi szinten sem ért­hetők meg a mechanikai rezgések és hullámok általános, legalább kvalitatív szintű, alkalmazni képes ismerete nél­kül.

Célok és feladatok

–    Harmonikus rezgések és hullámok kísérleti vizsgálata, (trigono­metria nélküli) leírása jellemző mennyisé­gekkel. Tudatosítani a fizikai jelenségek lényegét bemutató, egyszerű, érthető, de mégis pontos kvalitatív értelmezési lehetőségét is. Ismerjék fel és tudják kvalitatív módon jellemezni a rezgéseket, vegyék észre, hogy a rezgés időben periodikus mozgás, változás.

–    Tudják értelmezni, felismerni a harmonikus rezgőmozgásokat és a rezgéseket jel­lemző mennyiségeket (T; f; A; y), kapcsolatukat az egyenletes körmozgással; tudják ezeket a mennyiségeket alkalmazni, és a rezgésidőt kiszámítani.

–    Összehasonlítani az egyenletes körmozgást és a harmonikus rezgőmozgást végző agyagi pont vetületének mozgását. Következtetéseket levonni a megfigyelésekből és a körmozgásra vonatkozó eddigi ismeretekből. Eljutni a rezgésidő kiszámításához.

–    Kísérletek alapján megvizsgálni a rezgést befolyásoló külső hatásokat és azok kö­vetkezményét. Erősíteni a kölcsönhatás fogalmát.

–    A rugalmas erő és az energiaviszonyok változásait vizsgálva ismerjék fel a rendsze­ren belüli energiaváltozásokat és az energia-megmaradás törvényének érvényesü­lését, a zárt rendszer alkalmazásához szükséges elhanyagolásokat; a külső hatások következményeit a rezgő test mozgására (csillapodás, csatolt rezgés, rezonancia), tudják mindennapi példák alapján megmagyarázni ezek káros, illetve hasznos voltát.

–        Megmutatni a rezgések (lengések) és hullámok sokféleségét, fontosságát az élet minden területén. Erősíteni az összehasonlítás, a csoportosítás, rendszerezés, rend­szerbe foglalás képességét (pl. a hullámfajták ismertetőjegyeinek vizsgálatánál).

–    Tudják értelmezni az ingamozgást, ismerjék fel hasonlóságát és különbözőségét a rezgőmozgással; tudják mennyiségekkel is jellemezni a fonálingát (l; T; f); is­merjék és tudják alkalmazni a fonálinga lengésidő-képletét; vegyék észre a lengés­idő állandóságának feltételeit és kapcsolatát az időméréssel. Értsék meg a fenti megállapítások érvényességi határát.

–    Tudatosítani, hogy a növekedés, csökkenés, általában a változás nemcsak egyenletes lehet, nemcsak lineáris függvénykapcsolattal írható le, hanem másként is.

–   Ismerjék a mechanikai hullámok fogalmát, fajtáit, tudjanak példát mondani ezekre a minden­napi életből. Tudják kvalitatív, majd a hullámmozgást leíró mennyiségekkel jellemezni és csopor­to­sítani a mechanikai hullámokat, vegyék észre, hogy a hullám­mozgás időben és térben is peri­odikus.

–    Ismerjék a hullámok két alaptípusát (transzverzális, longitudinális), tudják ezeket megkülön­böz­tetni, vegyék észre a bennük és leírásukban lévő azonosságokat, illetve különbözőségeket.

–    Tudják értelmezni és felismerni a harmonikus hullámokat és a hullámmozgások jel­lemző mennyi­ségeit (T; l; A; c).

–    Előkészíteni az elektromágneses rezgések és hullámok tárgyalását a mechanikai rez­gések és hullámok kísérletekkel láthatóvá tett, szemléletes tárgyalásával, valamint az itt szerzett ismeretek általánosításával.

–   Ismerjék a hullámok viselkedését új közeg határán, a visszaverődés, törés törvényeit, az interfe­ren­cia jelenségét; az állóhullám fogalmát, a hullámhossznak és a kötél hosszának kapcsolatát.

–    Tudják, hogy a hang közegben terjedő sűrűsödés és ritkulás (longitudinális hullám), ami energia­vál­to­zással jár; a hangforrás mindig rezgő test.

–        Tudjanak különbséget tenni a hanghullám, a bennünk keltett hangérzet és a hangélmény között.

–    Legyenek tájékozottak a hangszerek fajtái között, és ismerjék azok közül néhány mű­ködésének fizikai elvét, ismerjék a hétköznapi hangtani fogalmak fizikai értelmezé­sét (hangmagasság, hangerősség, hangszín; alaphang, felhang, hangsor, hangköz).

–    Tudják alkalmazni a hullámokról szerzett ismereteket a hangjelenségek magyaráza­tánál (pl. visszhang, hangelhajlás, hangszigetelés, mozgó hangforrások hangmagas­ságának megváltozása a mellettünk történő elhaladásuk közben) stb., legyenek tisz­tában a zajártalom károsító hatásával és elkerülésének lehetőségeivel.

–    Bemutatni és kapcsolatot teremteni egy jelenség különféle szemlélése között, meg­mutatni a fizika és a hang, valamint a zene kapcsolatát. Felhívni a figyelmet a hang­ártalom következményeire és az ellene történő védekezés lehetőségeire.

 

A témakör feldolgozása

Tematikai egység
  1. 1.Mechanikai rezgések és hullámok

Órakeret:
5 óra

Előzetes tudás

A forgásszögek szögfüggvényei. A dinamika alapegyenlete, a rugó erőtörvénye, kinetikus energia, rugóenergia, sebesség, gyorsulás, hangtani jelenségek, alapismeretek.

A tematikai egység nevelési-fejlesztési céljai

A mechanikai rezgések tárgyalásával a váltakozó áramok és az elektromág­neses rezgések megértésének előkészítése. A rezgések szerepének bemutatása a mindennapi életben. A mechanikai hullámok tárgyalása. A rezgésállapot terje­désének, és a hullám időbeli és térbeli periodicitásának leírásával az elektro­mágneses hullámok megértését alapozza meg. Hangtan tárgyalása a fizikai fogalmak és a köznapi jelenségek összekapcsolásával.

Problémák, jelenségek, gyakorlati alkalmazások, ismeretek

Követelmények

Kapcsolódási pontok

  

Hogyan mozog a felfüggesztett rugóra erősített és nyugalmi helyzetéből füg­gőlegesen lefelé kimozdított test?

A rugóra akasztott rezgő test kinematikai vizsgálata.

A rezgésidő meghatározása.

A rezgés dinamikai vizsgálata.

A tanuló ismerje a rezgő test jellemző paramétereit (amplitúdó, rezgésidő, frekvencia).

Ismerje és tudja grafikusan ábrázolni a mozgás kitérés-idő, sebesség-idő, gyorsulás-idő függvényeit. Tudja, hogy a rezgésidőt a test tömege és a rugóállandó határozza meg, de a kitéréstől független.

Tudja, hogy a harmonikus rezgés dinamikai feltétele a lineáris erőtör­vény által leírt erőhatás érvényesü­lése. Legyen képes felírni a rugón rezgő test mozgásegyenletét.

Matematika: periodikus függvények.

Filozófia: az idő filozófiai kérdései.

Informatika: az informatikai eszközök működésének alapja, az órajel.

  

Egy rugóra erősített test rezgése közben minek milyen energiája változik?

Minek tekinthető a rugó és a ráerősí­tett test rezgés közben, ha eltekinthe­tünk a közegellenállástól, a rugó felmelege­désétől stb.?

A rezgőmozgás energetikai vizsgálata.

A mechanikai energiamegmaradás harmonikus rezgés esetén.

Legyen képes az energiaviszonyok kvalitatív értelmezésére a rezgés során: pl. tudja, hogy a vízszintes felületen rezgőmozgást végző kisko­csinál, ha a feszülő rugó energiája nő, akkor a test mozgási energiája csök­ken , majd fordítva.   Ha a csillapító hatások elhanyagolhatók, akkor a rezgésre vonatkoztatott mechanikai energiamegmaradás törvénye teljesül.

Tudja, hogy a környezeti hatások (súrlódás, közegellenállás) miatt a rezgés csillapodik.

Ismerje a rezonancia jelenségét és ennek gyakorlati jelentőségét.

  

A hullám fogalma és jellemzői.

Hullámterjedés egy dimenzióban, kötélhullámok.

Felületi hullámok.

Hullámok visszaverődése, törése.

Hullámok találkozása, állóhullámok.

Hullámok interferenciája, az erősítés és a gyengítés feltételei.

Térbeli hullámok.

Jelenségek:

földrengéshullámok, lemeztektonika.

A tanuló tudja, hogy a mechanikai hullám a rezgésállapot terjedése valamely közegben, miközben anyagi részecskék nem haladnak a hullámmal, a hullámban energia terjed.

Kötélhullámok esetén értelmezze a jellemző mennyiségeket (hullámhossz, periódusidő).

Ismerje a terjedési sebesség, a hullámhossz és a periódusidő kapcsolatát.

Ismerje a longitudinális és a transzverzális hullámok fogalmát.

Hullámkádas kísérletek alapján ér­telmezze a hullámok visszaverő­dését, törését.

Tudja, hogy a hullámok akadályta­la­nul áthaladhatnak egymáson.

Értse az interferencia jelenségét és értelmezze erősítés és gyengítés (kioltás) feltételeit.

Tudja, hogy alkalmas frekvenciájú rezgés állandósult hullámállapotot (állóhullám) eredményezhet.

  

A hang mint a térben terjedő hullám.

A hang fizikai jellemzői. Alkalmazások: hallásvizsgálat.

Hangszerek, a zenei hang jellemzői.

Ultrahang és infrahang.

A zajszennyeződés fogalma.

Tudja, hogy a hang mechanikai rezgés, ami a levegőben longitudinális hullámként terjed.

    Ismerje a hangmagasság, a hangerősség, a terjedési sebesség fogalmát.

    Legyen képes legalább egy hangszer működésének magyarázatára.

    Ismerje az ultrahang és az infrahang fogalmát, gyakorlati alkalmazását.

    Ismerje a hallás fizikai alapjait, a hallásküszöb és a zajszennyezés fogalmát.

 

Kulcsfogalmak/ fogalmak

Harmonikus rezgés, lineáris erőtörvény, rezgésidő, hullám, hullámhossz, periódus­idő, transzverzális hullám, longitudinális hullám, hullámtörés, interferencia, álló­hullám, hanghullám, hangsebesség, hangmagasság, hangerő, rezonancia.
         

2. Mágnesség és elektromosság –

Elektromágneses indukció, váltóáramú hálózatok

Célok és feladatok

–    Gyakorolni a részecskeszerkezetű anyag és a mező, illetve a mező-mező kölcsön­hatások matematikai jellemzését.

–    Az energiafogalom és az energiamegmaradás kiterjesztése (a mágneses és elektromos mező energiája) A Lenz-törvény felismerése a gyakorlati életben.).

–    Az energiatakarékosság jelentőségének megértése gazdasági és környezetvédelmi szem­pontból.

–    Az absztrakt fogalmak kapcsolatának erősítése a való világgal, az elektromágnesesség sok­rétű gyakorlati alkalmazásának bemutatásával és értelmezésével, a modellmódszer alkal­mazásával, a kísérletek, szemléltető képek, tanulmányi kirándulások lehetősége­inek fel­használásával.

–    A fizikai felfedezések hatásának bemutatása az egyén életére, és a technika, a gazdaság és így a társadalom fejlődésére.

–    A kiemelkedő fizikusok, mérnökök (közöttük a magyarok) munkásságának ismertetése, pozitív példájuk kiemelése.

A téma feldolgozása

Tematikai egység

2. Mágnesség és elektromosság –
Elektromágneses indukció, váltóáramú hálózatok

Órakeret
4 óra

Előzetes tudás

Mágneses mező tér, az áram mágneses hatása, feszültség, áram.

A tematikai egység nevelési-fejlesztési céljai

Az indukált és a nyugvó töltések által keltett elektromos mező közötti lényeges szerkezeti különbség kiemelése. Az elektromágneses indukció gyakorlati jelentőségének bemutatása. Energiahálózatok ismerete, és az energiatakarékosság fogalmának kialakítása a fiatalokban.

Problémák, jelenségek, gyakorlati alkalmazások, ismeretek

Követelmények

Kapcsolódási pontok

  

Az elektromágneses indukció jelensége.

A mozgási indukció.

A nyugalmi indukció.

Michael Faraday munkássága.

Lenz törvénye.

Az önindukció jelensége

A mágneses mező energiája

A tanuló ismerje a mozgási indukció alapjelenségét, és tudja azt a Lo­rentz-erő segítségével értelmezni.

Ismerje a nyugalmi indukció jelenségét. Ismerje Lenz törvényét.

Tudja értelmezni Lenz törvényét az indukció jelenségeire.

Ismerje az önindukció jelenségét és szerepét a gyakorlatban.

Kémia: elektromos áram, elektromos vezetés.

Matematika: trigono­metrikus függvények, függvény­transzformáció.

Technika, életvitel és gyakorlat: az áram biológiai hatása, balesetvédelem, elektromos áram a háztartásban, biztosíték, fogyasztásmérők.

Korszerű elektromos háztartási készülékek, energiatakarékosság.

  

Váltakozó feszültség fogalma.

A váltóáramú generátor elve. (mozgási indukció mágneses térben forgatott tekercsben).

A váltakozó feszültség és áram jellemző paraméterei.

 

Értelmezze a váltakozó feszültségű elektromágneses mező keletkezé­sét mozgási indukcióval.

Ismerje a szinuszosan váltakozó feszültséget és áramot leíró függvényt, tudja értelmezni a benne szereplő mennyiségeket.

Ismerje a váltakozó áram effektív hatását leíró mennyiségeket (effektív feszültség, effektív áram, effektív teljesítmény).

  

Ohm törvénye váltóáramú hálózatban.

Értse, hogy a váltakozó áramú áramkörben a konden­zátor ellenállásként viselkedik, a tekercs pedig nagyobb ellenállást képvisel, mint az egyenáramú áramkörben.

 

Transzformátor.

Gyakorlati alkalmazások.

Értelmezze a transzformátor működését az indukciótörvény alapján.

Tudjon példákat a transzformátorok gyakorlati alkalmazására.

  

Az elektromos energiahálózat.

A háromfázisú energiahálózat jellemzői.

Az energia szállítása az erőműtől a fogyasztóig.

Távvezeték, transzformátorok.

Az elektromos energiafogyasztás mérése.

Az energiatakarékosság lehetőségei.

Tudomány- és technikatörténet

A dinamó.

Jedlik Ányos, Siemens szerepe.

Ganz, Diesel mozdonya.

A transzformátor magyar feltalálói.

Ismerje a hálózati elektromos áram előállításának gyakorlati megvalósítását, az elektromos energiahálózat felépítését és működésének alapjait, a transzformátor jelentőségét az energiatakarékosságban.

Ismerje a lakások elektromos hálózatának elvi felépítését, az érintésvédelem, elektromos balesetvédelem alapjait.

Ismerje az elektromos energiafogyasztás mérésének fizikai alapjait, az energiatakarékosság gyakorlati lehetőségeit a köznapi életben.

  

Kulcsfogalmak/ fogalmak

Mozgási indukció, nyugalmi indukció, önindukció, váltóáramú generátor, váltóáramú elektromos hálózat.
         

3. Rádió, Ttelevízió, Mmobiltelefon – Elektromágneses rezgések és hullámok

Célok és feladatok

–    Megismertetni a tanulókkal az elektromos rezgőkör felépítését és működését, rámu­tatni a mechanikai analógiára. Kiemelni a rezgés során tör­ténő energiaváltozásokat átalakulásokat. Szólni a lehetséges veszteségekről.

–    Megértetni a tanulókkal az elektromágneses hullámok keletkezésének fizikai alapjait: nemcsak változó mágneses mező hoz létre maga körül elektromos mezőt, hanem for­dítva is igaz, változó elektromos mező körül mágneses mező keletkezik. A kölcsön­hatás fogalmának mélyítése.

–    A mechanikai analógiát felhasználva megismertetni a tanulókkal az elektromágneses hullámok mennyiségi jellemzőit (hullámhossz, frekvencia, terjedési sebesség) és terjedési tulajdonságait. Külön hangsúlyozni, hogy a terjedési sebesség megegyezik a fénysebességgel, amely egyben a fizikai hatások terjedésének határsebessége is.

–    Megmutatni, hogy az antenna, mint nyílt rezgőkör az elektromágneses hullámok for­rása.

–    Kísérleti, gyakorlati tapasztalatok gyűjtése és megbeszélése az elektromágneses hul­lámok visszaverődésére, törésére, interferenciájára, elhajlására, transzverzális jellegére vonatkozóan.

–    Az elektromágneses hullámok teljes spektrumának áttekintése, kiemelve azok termé­szetben való előfordulását, gyakorlati alkalmazásait.

–        A spektrum vizsgálatánál rámutatni, hogy növekvő frekvenciájú hullámoknak az anyaggal való – maradandó változást létrehozó – kölcsönhatása egyre erősebbé válik. Felhívni a figyelmet az elektromág­neses hullámok fiziológiai hatásaira, veszélyeire és a védekezési módokra is, különösen a bőr és a szem védelmének fontosságára.

–        A 21. századi kommunikáció, képalkotás, képrögzítés , a digitális technika lényege­sebb elveinek és alkalmazásainak áttekintése. A fizika szerepe a kommunikációs for­ra­dalomban.

A témakör feldolgozása

Tematikai egység

3. Rádió, televízió, mobiltelefon – Elektromágneses rezgések és hullámok

Órakeret
3óra

Előzetes tudás

Mechanikai rezgések és hullámok. Elektromágneses indukció, önindukció, kondenzátor, kapacitás, váltakozó áram.

A tematikai egység nevelési-fejlesztési céljai

Az elektromágneses sugárzások fizikai hátterének bemutatása. Az elektromágneses hullámok spektrumának bemutatása, érzékszerveinkkel, illetve műszereinkkel érzékelt egyes spektrumtartományainak jellemzőinek kiemelése. Az információ elektromágneses úton történő továbbításának elméleti és kísérleti megalapozása.

Problémák, jelenségek, gyakorlati alkalmazások, ismeretek

Követelmények

Kapcsolódási pontok

  

Az elektromágneses rezgőkör, elektromágneses rezgések.

A tanuló ismerje az elektromágne­ses rezgőkör felépítését és működé­sét.

Technika, életvitel és gyakorlat: kommunikációs eszközök, információtovábbítás üvegszálas kábelen, levegőben, az információ tárolásának lehetőségei.

Biológia-egészségtan: élettani hatások, a képalkotó diagnosztikai eljárások, a megelőzés szerepe.

Informatika: az információtovábbítás jogi szabályozása, inter­netjogok és -szabályok.

 

Vizuális kultúra: Képalkotó eljárások alkalmazása a digitális művészetekben, művészi reprodukciók. A média szerepe.

  

Elektromágneses hullám, hullámjelenségek.

Maxwell és Hertz szerepe.

Bay Zoltán (Hold-visszhang)

Jelenségek, gyakorlati alkalmazások: információtovábbítás elektromágneses hullámokkal.

Ismerje az elektromágneses hullám fogalmát, tudja, hogy az elektromágneses hullámok fénysebességgel terjednek, a terjedéséhez nincs szükség közegre. Távoli, rezonanciára hangolt rezgőkörök között az elektromágneses hullámok révén energiaátvitel lehetséges fémes összeköttetés nélkül. Az információtovábbítás új útjai.

  

Az elektromágneses spektrum.

Jelenségek, gyakorlati alkalmazások:

hőfénykép, röntgenteleszkóp,

rádiótávcső.

Ismerje az elektromágneses hullámok frekvenciatartományokra osztható spektrumát és az egyes tartományok jellemzőit.

  

Az elektromágneses hullámok gyakorlati alkalmazása.

Jelenségek, gyakorlati alkalmazások: a rádiózás fizikai alapjai. A tévéadás és -vétel elvi alapjai. A GPS műholdas helymeg­határozás. A mobiltelefon. A mikro­hullámú sütő.

Tudja, hogy az elektromágneses hullám anyag, aminek energiája van.

Legyen képes példákon bemutatni az elektromágneses hullámok gyakorlati alkalmazását.

  

Kulcsfogalmak/ fogalmak

Elektromágneses rezgőkör, rezgés, rezonancia, elektromágneses hullám, elektromágneses spektrum.
         

 

 

 

4. Hullám – és sugároptika

Célok és feladatok

–    A fény vákuumbeli terjedési sebességének mérési lehetőségei, következtetés a fény elektromágneses hullám jellegére.

–    A mechanikai hullámok viselkedésének ismeretére építve, kísérletileg igazolni és gyakorlati tapasztalatokkal alátámasztani a fény hullámtulajdonságait.

–    A mechanikai hullámoknál tárgyalt törési törvénynek a Snellius–Descartes-törvényformájában (szögfüggvényekkel) és a terjedési sebességekkel való megfogalmazása és egyszerű alkalmazása.

–    Külön megvizsgálni a teljes visszaverődés esetét és feltételét, kiemelve annak nagy gyakorlati jelentőségét (pl. száloptika).

–    Kísérletileg megmutatni a fényhullámok optikai rácson történő elhajlását és interferenciáját, valamint ennek felhasználását a fény hullámhosszának mérésére.

–    A fénypolarizáció jelenségének bemutatásával igazolni a fényhullámok transzverzális jellegét, és ismertetni a poláris fény szerepét a természetben és a technikában.

–    Színfelbontás szemléltetése prizma és optikai rács segítségével, a spektroszkópia gyakor­lati jelentőségének ismertetése. A lézerfény sajátosságai, alkalmazásai. Gábor Dénes és a holográfia

–    Feleleveníteni a geometriai optikában korábban tanultakat: az optikai eszközök képalkotását, a kép geometriai megszerkesztését. A képalkotásokat kvantitatív módon vizsgálni a leképezési törvény alapján. Rámutatni a törvény érvényesülésének közelítő jellegére, annak határaira (leképezési hibák).

–    Ráirányítani a figyelmet a fény és a fénytani eszközök jelentőségére a köznapi életben és a világ megis­merésének folyamatában.

A témakör feldolgozása

Tematikai egység

4. Hullám- és sugároptika

Órakeret
4 óra

Előzetes tudás

Korábbi geometriai optikai ismeretek, hullámtulajdonságok, elektromágneses spektrum.

A tematikai egység nevelési-fejlesztési céljai

A fény és a fényjelenségek tárgyalása az elektromágneses hullámokról tanultak alapján. A fény gyakorlati szempontból kiemelt szerepének tudatosítása, hétköznapi fényjelenségek és optikai eszközök működésének értelmezése.

Problémák, jelenségek, gyakorlati alkalmazások, ismeretek

Követelmények

Kapcsolódási pontok

  

A fény terjedése. Árnyékjelensé­gek. A vákuumbeli fénysebesség.

A Történelmi kísérletek a fény terjedési sebességének meghatározására.

A fény mint elektromágneses hullám.

Tudja a tanuló, hogy a fény elektromágneses hullám, az elektromágneses spektrum egy meghatározott frekvenciatartományához tartozik.

Tudja a vákuumbeli fénysebesség értékét és azt, hogy mai tudásunk szerint ennél nagyobb sebesség nem létezhet (határsebesség).

Biológia-egészségtan: A szem és a látás, a szem egészsége. Látáshibák és korrekciójuk.

Az energiaátadás szerepe a gyógyászati alkalmazásoknál, a fény élettani hatása napozásnál. A fény szerepe a gyógyászatban és a megfigyelésben.

Magyar nyelv és irodalom; mozgóképkultúra és médiaismeret: A fény szerepe. Az univerzum megismerésének irodalmi és művészeti vonatkozásai, színek a művészetben.

Vizuális kultúra: a fényképezés mint művészet.

  

A fény visszaverődése, törése új közeg határán (tükör, prizma).

Teljes visszaverődés (optikai kábel).

Ismerje a fény terjedésével kapcsolatos geometriai, optikai alapjelenségeket (visszaverődés, törés).

 

Elhajlás, interferencia, (optikai rés, optikai rács).

Polarizáció (kísérlet polárszűrőkkel) LCD-képernyő.

Ismerje a fény hullámtermészetét bizonyító legfontosabb kísérleti jelenségeket (interferencia, polari­záció), és értelmezze azokat.

  

A fehér fény színekre bontása.

Prizma és rácsszínkép.

A spektroszkópia jelentősége.

A lézerfény.

Színkeverés, a színes képernyő.

Tudja értelmezni a fehér fény összetett voltát.

  
     

A geometriai optika alkalmazása.

A geometriai optika modelljének korlátai.

Képalkotás.

Jelenségek, gyakorlati alkalmazások: tükrök, lencsék, mikroszkóp, távcső.

A látás fizikája.

A hagyományos és a digitális fényképezőgép működése.

A lézerfény alkalmazása: digitális technika eszköze (CD-írás, olvasás).

Gábor Dénes és a hologram A 3D-s filmek titka. Légköroptikai jelen­ségek (délibáb, szivárvány, fényszóródás, a lemenő Nap vörös színe).

Ismerje a geometriai optika legfontosabb alkalmazásait.

Értse a leképezés fogalmát, tükrök, lencsék képalkotását. Legyen képes egyszerű képszerkesztésekre, és tudja alkalmazni a leképezési törvényt egyszerű számításos feladatokban.

Ismerje és értse a gyakorlatban fontos optikai eszközök (egyszerű nagyító, mikroszkóp, távcső),

szemüveg, működését.

Legyen képes egyszerű optikai kísérletek elvégzésére.

  

Kulcsfogalmak/ fogalmak

A fény, mint elektromágneses hullám, fénytörés, visszaverődés, elhajlás, interferencia, polarizáció, diszperzió, spektroszkópia, képalkotás.
         

 

 

 

5. Az atomok szerkezete. A modern fizika születése

Célok és feladatok

–    Az anyag korpuszkuláris felépítésének fizikatörténeti bemutatása.

–    A modellalkotás mint a fizika tudományának alapvető módszere. A legfontosabb atommodellek történeti áttekintése.

–    A modern fizika (kvantumfizika) kialakulásának bemutatása. A hipotézisek jelentősége és szerepe a fizika tudományának fejlődésében.

–    A Bohr-modell történeti jelentősége. A modell erényeinek és hibáinak bemutatása.

–    Áttekinteni a fotonelmélet születésének kísérleti előzményeit. Bemutatni a fény kettős természetének szemléleti problémáit, a kezdeti eredményeket és tévutakat.

–    A fény kettős természetének de Broglie-féle általánosítása valamennyi mikrorészecskére. Az általánosítás helyességének kísérleti bizonyítéka: elektroninterferencia-kísérletek.

–    Az elektron hullámtermészetéből származó következmények szemléletes tárgyalása: a bezárt elektron energiakvantáltsága, az atomi elektronok energiaszintjei, elektronpályák, mint elektron-állóhullám-minták, az elektron megtalálási valószínűsége, határozatlansági reláció.

–    A mikrofizikai anyagszemlélet elmélyítésére kémiai, biológiai anyagszerkezeti kapcsolódási pontok fokozott kiemelése ismert példákon keresztül. (Miért stabilak az ütköző atomok, miért sárga a sárgarépa, miért színesek az őszi falevelek stb.)

A témakör feldolgozása

Tematikai egység

5. Az atomok szerkezete. A modern fizika születése

Órakeret
6 óra

Előzetes tudás

Az anyag atomos szerkezete. Gázok golyómodellje.

A tematikai egység nevelési-fejlesztési céljai

Az atomfizika tárgyalásának összekapcsolása a kémiai tapasztalatokon (súlyviszonytörvények) alapuló atomelmélettel. A fizikában alapvető modellalkotás folyamatának bemutatása az atommodellek változásain keresztül. A kvantummechanikai atommodell egyszerűsített képszerű bemutatása. A műszaki-technikai szempontból alapvető félvezetők sávszerkezetének, kvalitatív, kvantummechanikai szemléletű megalapozása.

Problémák, jelenségek, gyakorlati alkalmazások, ismeretek

Követelmények

Kapcsolódási pontok

Az anyag atomos felépítése, felismerésének történelmi folyamata.

Ismerje a tanuló az atomok létezé­sére utaló korai természettudo­mányos tapasztalatokat, tudjon meggyőzően érvelni az atomok létezése mellett.

Kémia: az anyag szerkezetéről alkotott elképzelések, a változásukat előidéző kísérleti tények és a belőlük levont következtetések, a periódusos rendszer elektronszerkezeti értelmezése.

Matematika: folytonos és diszkrét változó.

Filozófia: ókori görög bölcselet; az anyag mélyebb megismerésének hatása a gondolkodásra, a tudomány felelősségének kérdései, a megismerhetőség határai és korlátai.

A modern atomelméletet megalapozó felfedezések.

A korai atommodellek.

Az elektron felfedezése: Thomson-modell.

Az atommag felfedezése: Rutherford-modell.

Értse az atomról alkotott elképzelések (atommodellek) fejlődését: a modell mindig kísérleteken, méréseken alapul, azok eredményeit magyarázza; ha a modellel már nem értelmezhető, azzal ellentmondásban álló kísérleti tapasztalatok esetén új modell megalkotására van szükség.

Mutassa be a modellalkotás lényegét Thomson és Rutherford modelljén, a modellt megalapozó és megdöntő kísérletek, jelenségek alapján.

Bohr-féle atommodell.

Ismerje a Bohr-féle atommodell kísérleti alapjait (spektroszkópia, Rutherford-kísérlet).

Legyen képes összefoglalni a modell lényegét és bemutatni, mennyire alkalmas az a gázok vonalas színképének értelmezésére

A kvantumfizika születése.

Planck hipotézise.

A fény kettős természete. Fényelektromos hatás – Einstein-féle fotonelmélete.

Gázok vonalas színképe.

(az optikából került ide)

Az elektron kettős természete, de Broglie-hullámhossz.

Alkalmazás: az elektronmikroszkóp.

Ismerje az energia adagosságára vonatkozó Planck-hipotézist mint a modern fizika kialakulásának első lépését.

Ismerje a fény részecsketulajdon­sá­gára utaló fényelektromos kísérle­tet, a foton fogalmát, energiáját.

Legyen képes egyszerű számítások­ra a foton energiájának felhaszná­lá­sával.

Ismerje az elektron hullámtermészetét igazoló elektroninterferencia-kísérletet. Ismerje a de Broglie-összefüggést mint a mikrorészecskékre vonatko­zó általános törvényszerűséget. Értse, hogy az elektron hullámter­mészetének ténye új alapot ad a mikrofizikai jelenségek megérté­séhez.

A kvantummechanikai atommodell.

Tudja, hogy a kvantummechanikai atommodell az elektronokat hullámként írja le. Tudja, hogy az atomok állandósult állapotaihoz az atomi elektronok egy-egy állóhullám-mintája tartozik.

Tudja, hogy a hullámtulajdonság következménye: az elektronok impulzusa és helye egyszerre nem mondható meg pontosan.

Kémia:

Az atomok orbitál-modellje. Elektron állóhullámok az atomokban.

  

Fémek elektromos vezetése.

Jelenség: szupravezetés.

Félvezetők szerkezete és vezetési tulajdonságai.

Mikroelektronikai alkalmazások:

dióda, tranzisztor, LED, fényelem stb.

Legyen kvalitatív képe a fémek elektromos ellenállásának klasszikus értelmezéséről.

A kovalens kötésű kristályok szerkezete alapján értelmezze a szabad töltéshordozók keltését tiszta félvezetőkben.

Ismerje a szennyezett félvezetők elektromos tulajdonságait.

Tudja magyarázni a p-n átmenetet.

  

Kulcsfogalmak/ fogalmak

Atom, atommodell, elektronhéj, energiaszint, foton, a részecskék kettős természete, Bohr-modell, Heisenberg-féle határozatlansági reláció, félvezetők. Atomi elektronok állóhullám mintái.
             

6. Az atommag is részekre bontható – A magfizika elemei

Célok és feladatok

–    Az atommag belső szerkezetének megismerése. Az izotópok szerepének és gyakorlati jelentőségének megismerése. Az izotópokkal kapcsolatos félelmek feloldása (nem csak sugárzó izotópok léteznek).

–    Az atommagot összetartó kölcsönhatások felsorolása és összehasonlítása. A magerők legfontosabb tulajdonságai.

–    A magstruktúra energiajellemzői: kötési energia, fajlagos kötési energia, tömeghiány és annak értelmezése.

–    Tájékozódás a fajlagos kötési energia görbéjén. Áttekinteni a magenergia felszabadulásának alternatívái: magfúzió, magbomlás, maghasadás.

–    A magenergia felszabadulása a természetben és mesterséges úton. Radioaktivitás: előfordulása, törvényszerűsége, mesterséges előállítása. Maghasadás és annak szabályozása. Magfúzió csillagokban és fúziós reaktorokban.

–    Nukleáris energiatermelés: atomreaktorok, atomerőművek. Az energiatermelés előnyei és hátrányai. A nukleáris energiatermelés várható jövője: biztonságos reaktorok, fúziós erőművek tervei.

–    A nukleáris technika alkalmazási területei: energiatermelés, nyomjelzés, orvosi diagnosztika és terápia, régészet, kutatás.

–    A kockázat mérhető fogalmának bevezetése. A kockázat elfogadása, ésszerű vállalása.

A téma feldolgozása

Tematikai egység

6. Az atommag is részekre bontható – A magfizika elemei

Órakeret

4 óra

Előzetes tudás

Atommodellek, Rutherford-kísérlet, rendszám, tömegszám, izotópok.

A tematikai egység nevelési-fejlesztési céljai

A magfizika alapismereteinek bemutatása a 20. századi történelmi események, a nukleáris energiatermelés, a mindennapi életben történő széles körű alkalmazás és az ezekhez kapcsolódó nukleáris kockázat kérdéseinek szempontjából. Az ismereteken alapuló energiatudatos szemlélet kialakítása. A betegség felismerése és a terápia során fellépő reális kockázatok felelős vállalásának megértése.

Problémák, jelenségek, gyakorlati alkalmazások, ismeretek

Követelmények

Kapcsolódási pontok

  

Az atommag alkotórészei, tömegszám, rendszám, neutronszám.

A tanuló ismerje az atommag jellemzőit (méret, tömegszám, rendszám) és a mag alkotórészeit.

Kémia: atommag, proton, neutron, rendszám, tömegszám, izotóp, radioaktív izotópok és alkalmazásuk, radioaktív bomlás. Hidrogén, hélium, magfúzió.

Biológia–egészségtan: a sugárzások biológiai hatásai; a sugárzás szerepe az evolúcióban, a fajtanemesítésben a mutációk előidézése révén; a radioaktív sugárzások hatása.

Földrajz: energiaforrások, az atomenergia szerepe a világ energiatermelésében.

Matematika: valószínűség-számítás.

Exponenciális függvények.

Történelem, társadalmi és állampolgári ismeretek: a Hirosimára és Nagaszakira ledobott két atombomba története, politikai háttere, későbbi következményei. Einstein; Szilárd Leó, Teller Ede és Wigner Jenő, a világtörténelmet formáló magyar tudósok.

Filozófia; etika: a tudomány felelősségének kérdései.

  

A radioaktív bomlás.

Bomlási formák. A radioaktív sugárzás fajtái és tulajdonságai.

Bomlás törvényszerűsége.

Az erős kölcsönhatás.

Stabil atommagok létezésének magyarázata.

 

Mesterséges radioaktív izotópok előállítása és alkalmazása.

Nyomjelzés, terápiás sugárkezelés.

Magreakciók

  

Maghasadás.

Tömegdefektus, tömeg-energia egyenértékűség.

A láncreakció fogalma, létrejöttének feltételei

A szabad neutronok szerepe és szabályozása.

Ismerje az urán-235 izotóp spontán és indukált (neutronlövedékekkel létrehozott) hasadásának jelenségét. Tudja értelmezni a hasadással járó energia-felszabadulást.

Értse a láncreakció lehetőségét és létrejöttének feltételeit.

  

Az atombomba.

Hasadásos és fúziós bombák.

Értse az atombomba működésének fizikai alapjait, és ismerje egy esetleges nukleáris háború globális pusztításának veszélyeit.

  

Az atomreaktor és az atomerőmű.

Szabályozott láncreakció, atomerőművek felépítése, működése. A nukleáris reaktorok előnyei, hátrányai.

Ismerje az ellenőrzött láncreakció fogalmát, tudja, hogy az atom­reaktorban ellenőrzött láncre­ak­ciót valósítanak meg és használ­nak „energiatermelésre” az atomerő­mű­­vekben. Értse az atomenergia szerepét az emberiség növekvő ener­giafelhasználásában, ismerje elő­nyeit és hátrányait. Ismerje a Paksi Atomerőmű legfontosabb mű­szaki paramétereit (blokkok szá­ma, hő és villamos teljesítménye)

  

Magfúzió.

Magfúzió a csillagokban. energiatermelése.

Mesterséges fúzió létrehozása:

H-bomba, fúziós reaktorok.

Legyen tájékozott arról, hogy a csillagokban magfúziós folyamatok zajlanak, ismerje a Nap energiatermelését biztosító fúziós folyamat lényegét.

Tudja, hogy a H-bomba pusztító hatását mesterséges magfúzió során felszabaduló energiája biztosítja. Tudja, hogy a békés energiatermelésre használható ellenőrzött magfúziót még nem sikerült megvalósítani, de ez lehet a jövő perspektivikus energiaforrása.

 

A radioaktivitás kockázatainak leíró bemutatása.

Sugárterhelés, sugárdózis sugárvédelem.

Ismerje a kockázat fogalmát, számszerűsítésének módját és annak valószínűségi tartalmát.

Ismerje a sugárvédelem fontosságát és a sugárterhelés jelentőségét. Ismerjen legalább egy sugárdózis fogalmat.

  

Kulcsfogalmak/ fogalmak

Magerő, kötési energia, tömegdefektus, maghasadás, radioaktivitás, magfúzió, láncreakció, atomreaktor, fúziós reaktor, atomerőmű, kockázat.

 
           

 

 

7. Csillagászat és az asztrofizika elemei

Célok és feladatok

–    Bemutatni Földünk elhelyezkedését a Naprendszerben. A Naprendszer keletkezése és legfontosabb paraméterei. Az égi jelenségek fizikai értelmezése: holdfázisok, napfogyatkozás, üstökösök, meteoroitok (csillaghullás) az égen.

–    A világegyetem struktúrája: csillag (esetleg bolygókkal ), csillagrendszer, galaxis csoportosulások. Méretek és azok mérési technikája.

–    A Világegyetem véges kora és mérete. Az ősrobbanás elmélete. Az állandó tágulás bizonyítékai. Az univerzum kezdeti állapotának kísérleti előállítása a CERN-i óriás gyorsítóban, melynek célja a fizika tudományának fundamentális kérdéskörének vizsgálata. (Alapvető kölcsönhatások, szubelemi részecskék, Higgs-bozon vizsgálata.)

–    Az űrkutatás módszerei és jelentősége. Az űrhajózás rövid története, elért eredmények. A kutatás jövője, kitűzött célok. Élet lehetősége az Univerzumban.

A témakör feldolgozása

Tematikai egység

7. Csillagászat és az asztrofizika elemei

Órakeret
3 óra

Előzetes tudás

A fizikából és a földrajzból tanult csillagászati alapismeretek, a bolygómozgás törvényei, a gravitációs erőtörvény. Csillagok fúziós folyamatai energiater­melése.

A tematikai egység nevelési-fejlesztési céljai

Annak bemutatása, hogy a csillagászat, a megfigyelési módszerek gyors fejlődése révén a 21. század vezető tudományává vált. A világegyetemről szerzett új ismeretek segítenek, hogy az emberiség felismerje a helyét a kozmoszban, miközben minden eddiginél magasabb szinten meggyőzően igazolják az égi és földi jelenségek törvényeinek azonosságát.

Problémák, jelenségek, gyakorlati alkalmazások, ismeretek

Követelmények

Kapcsolódási pontok

  

Leíró csillagászat.

Problémák:

a csillagászat kultúrtörténete.

Geocentrikus és heliocentrikus világkép.

Asztronómia és asztrológia.

Alkalmazások:

hagyományos és új csillagászati műszerek.

Űrtávcsövek.

Rádiócsillagászat.

Miért hatásosabbak az űrtávcsövek, mint a Földön lévők?

A tanuló legyen képes tájékozódni a csillagos égbolton.

Ismerje a csillagászati helymeghatározás alapjait. Ismerjen néhány csillagképet, és legyen képes azokat megtalálni az égbolton. Ismerje a Nap és a Hold égi mozgásának jellemzőit, értse a Hold fázisainak változását, tudja értelmezni a hold- és napfogyatkozásokat.

Tájékozottság szintjén ismerje a csillagászat megfigyelési módszereit az egyszerű távcsöves megfigyelésektől az űrtávcsöveken át a rádióteleszkópokig.

Történelem, társadalmi és állampolgári ismeretek: Kopernikusz, Kepler, Newton munkássága. A napfogyatkozások szerepe az emberi kultúrában, a Hold „képének” értelmezése a múltban.

Földrajz: a Föld forgása és keringése, a Föld forgásának következményei (nyugati szelek öve), a Föld belső szerkezete, földtörténeti katasztrófák, kráterbecsapódás keltette felszíni alakzatok.

Biológia–egészségtan: a Hold és az ember biológiai ciklusai, az élet feltételei.

Kémia: a periódusos rendszer, a kémiai elemek keletkezése.

Magyar nyelv és irodalom; mozgóképkultúra és médiaismeret: „a csillagos ég alatt”.

Filozófia: a kozmológia kérdései.

  

Égitestek.

Miért nem gömbölyűek a kisbolygók, miért nem szögletesek a Naprendszer bolygói?

Ismerje a legfontosabb égitesteket (bolygók, holdak, üstökösök, kisbolygók és aszteroidák, csillagok és csillagrendszerek, galaxisok, galaxishalmazok) és azok legfontosabb jellemzőit.

Legyenek ismeretei a mesterséges égitestekről és azok gyakorlati jelentőségéről a tudományban és a technikában.

  

A Naprendszer és a Nap.

A Nap belső szerkezete, fúziós folyamatai, „energiatermelése”. A Nap teljesítménye. A Földre érkező napsugárzás energiamennyisége.

Miért gondolták a 19. század végén a tudósok, hogy a csillagok rövid életűek, és hamar kihűlnek?

(L. Madách: Az ember tragédiája)

Ismerje a Naprendszer jellemzőit, a keletkezésére vonatkozó tudományos elképzeléseket, és ezek bizonyítékait. Ismerje az élet lehetőségét a Naprendszerben.

Tudja, hogy a Nap csak egy az átlagos csillagok közül, miközben a földi élet szempontjából meghatározó jelentőségű. Ismerje a Nap legfontosabb jellemzőit:

a Nap szerkezeti felépítését, belső, energiatermelő folyamatait és sugárzását, a Napból a Földre érkező energia mennyiségét (napállandó). Ismerje a Nap korának nagyságrendjét, a korábbi és jövőbeni fejlődéstörténetét.

  

Csillagrendszerek, Tejútrendszer és galaxisok.

A csillagfejlődés:

Ősrobbanás.

A csillagok keletkezése, szerkezete és energiamérlege.

Kvazárok, pulzárok; fekete lyukak.

Legyen tájékozott a csillagokkal kapcsolatos legfontosabb tudományos ismeretekről. Ismerje a gravitáció és az energiatermelő nukleáris folyamatok meghatározó szerepét a csillagok kialakulásában, „életében” és megszűnésében. Ismerje a csillagfejlődés főbb állomásait.

  

A kozmológia alapjai

Problémák, jelenségek:

a kémiai anyag (atommagok) kialakulása.

Perdület a Naprendszerben.

Nóvák és szupernóvák.

A földihez hasonló élet, kultúra esélye és keresése, exobolygók kutatása.

Gyakorlati alkalmazások:

-       műholdak,

-       hírközlés és meteorológia,

-       GPS,

-       űrállomás,

-       holdexpedíciók,

-       bolygók kutatása.

Legyenek alapvető ismeretei az univerzumra vonatkozó aktuális tudományos elképzelésekről. Ismerje az ősrobbanásra és a világegyetem tágulására utaló csillagászati méréseket. Ismerje az univerzum korára és kiterjedésére vonatkozó becsléseket, tudja, hogy az univerzum az ősrobbanás óta állandóan tágul. Ismerje ennek kísérleti bizonyítékait: háttérsugárzás, vöröseltolódás. Ismerje az univerzum korának és méretének nagyságrendjét.

  

Kulcsfogalmak/ fogalmak

Égitest, csillagfejlődés, csillagrendszer, ősrobbanás, kozmikus háttérsugárzás, táguló világegyetem, Naprendszer, űrkutatás.
         

A fejlesztés várt eredményei a   ciklus végén

A mechanikai fogalmak bővítése a rezgések és hullámok témakörével, valamint a forgómozgás és a síkmozgás gyakorlatban is fontos ismereteivel.

Az elektromágneses indukcióra épülő mindennapi alkalmazások fizikai alapjainak ismerete: elektromos energiahálózat, elektromágneses hullámok.

Az optikai jelenségek értelmezése hármas modellezéssel (geometriai optika, hullámoptika, fotonoptika). Hétköznapi optikai jelenségek értelmezése.

A modellalkotás jellemzőinek bemutatása az atommodellek fejlődésén.

Alapvető ismeretek a kondenzált anyagok szerkezeti és fizikai tulajdonságainak összefüggéseiről. A fény kettős természetének fizikatörténeti problematikájá­nak megismerése (Einstein fotonhipotézise). A mikrorészecskék kettős termé­szetének mint a mikrovilág univerzális természeti sajátosságának elfogadása.

A magfizika elméleti ismeretei alapján a korszerű nukleáris technikai alkal­ma­zások értelmezése és ésszerű, mérlegelő elfogadása. A kockázat fogalmának ismerete és reális értékelése.

A csillagászati alapismeretek felhasználásával Földünk elhelyezése az univer­zumban, szemléletes kép az univerzum térbeli, időbeli méreteiről. A világegye­tem szerkezetéről szóló tudományos ismeretek megerősítik a fizikai törvények univerzális jellegét.

A csillagászat és az űrkutatás fontosságának ismerete és megértése.

Képesség önálló ismeretszerzésre, forráskeresésre, azok szelektálására és feldolgozására. Tudományos világszemlélet megalapozása.

Címünk

Budapesti Gazdasági SZC Vásárhelyi Pál Technikum

1212 Budapest, Széchenyi utca 95.

+36 1 278 30 60

Azonosítók

OM azonosító: 203061/021

Telephely kódja: 001

Írj nekünk!

titkarsag@vasarhelyi.info

Hasznos linkek