Фізика і астрономія. 7–11 класи

Програма рівня «профільний»

10 клас

(6 годин на тиждень; усього 210 годин)

Очікувані результати навчально-пізнавальної діяльності

Орієнтовний зміст навчального матеріалу

Вступ

Знаннєвий компонент

Оперує поняттями і термінами про основні етапи розвитку фізики, розрізняє одиниці величин, знає принципи вимірювань, наочний зміст похідної та інтеграла.

Діяльнісний компонент

Уміє оцінювати похибки (невизначеності) прямих і непрямих вимірювань, застосовувати векторні величини, здійснювати перевірку одиниць у отриманих формулах. Розрізняє основні, додаткові та похідні одиниці в СІ.

Ціннісний компонент

Усвідомлює необхідність саморозвитку й самонавчання в умовах глобальних змін і викликів, розуміє важливість природничої освіти та розвитку природничих наук.

Природничі науки та світогляд сучасної людини. Зародження й розвиток фізики як науки. Роль фізичного знання в житті людини та суспільному розвитку. Теорія та експеримент, роль фундаментальних фізичних теорій. Фізичні моделі.

Одиниці фізичних величин, Міжнародна система одиниць СІ. Прямі та непрямі вимірювання, похибки (невизначеності) вимірювань. Систематичні та випадкові похибки (невизначеності).

Зв’язки між математикою та фізикою. Скалярні та векторні величини, проекції векторів, поняття про похідну та інтеграл. Наближені обчислення, поняття про числові методи та комп’ютерне моделювання фізичних процесів.

Зв’язки між фізикою та сучасними цифровими технологіями.

Розділ 1. МЕХАНІКА

Знаннєвий компонент

Оперує основними поняттями механіки, характеристиками різних типів руху та взаємодії тіл, поняттям матеріальної точки як моделі реального тіла, термінами: механічний рух, система відліку, траєкторія, переміщення, шлях, швидкість, прискорення, прискорення вільного падіння, період, частота, кутова швидкість, доцентрове та тангенціальне прискорення, відносність механічного руху, сила пружності, сили тертя ковзання та спокою, сила опору при русі тіла в суцільному середовищі, сила тяжіння, механічна робота різних сил, імпульс, момент імпульсу. Визначає умови, за яких виконуються закони збереження в механіці. Розрізняє види коливань (вільні, згасаючи, вимушені, авто-) в різних коливальних системах.

Діяльнісний компонент

Розв’язує задачі на використання формул прямолінійного рівномірного та рівноприскореного рухів, рівномірного руху по колу, руху тіла під дією постійної сили тяжіння. Уміє аналізувати та будувати графіки прямолінійного рівноприскореного руху. Вибирає оптимальним чином систему відліку для розв’язання конкретних задач, уміє здійснити перехід з однієї системи відліку до іншої. Володіє найпростішими методами експериментального дослідження руху тіл. Уміє застосовувати закони динаміки Ньютона, формули сил, алгоритм розв’язання задач динаміки, закони збереження в механіці, умови рівноваги тіл, рівняння Бернуллі, знаходити характеристики коливань найпростіших коливальних систем.

Розуміє фізичну природу виникнення та поширення хвиль. Уміє пояснювати фізичні явища, в основі яких лежать закони механіки.

Ціннісний компонент

Виявляє ставлення та оцінює на якісному рівні результати застосування знань з механіки для розв’язання основної задачі механіки в реальних життєвих ситуаціях, оцінює важливість законів збереження як найбільш загальних законів природи, що стосуються будь-яких явищ.

Основні поняття кінематики: простір і час, механічний рух, його відносність, система відліку, способи опису руху, траєкторія, шлях, переміщення.

Основна задача механіки.

Середня швидкість і середня шляхова швидкість. Поняття про миттєву швидкість руху (на основі уявлень про векторні величини та похідну).

Закон додавання швидкостей.

Прямолінійний рівномірний рух як найпростіший вид руху.

Прискорення, рух з постійним прискоренням (прямолінійний і криволінійний). Рівняння рівноприскореного прямолінійного руху. Графіки залежності кінематичних величин від часу для рівноприскореного прямолінійного руху. Вільне падіння та криволінійний рух під дією постійної сили тяжіння.

Рівномірний рух матеріальної точки по колу. Кутова швидкість. Період обертання та обертова частота.

Доцентрове (нормальне) прискорення. Нерівномірний рух матеріальної точки по колу. Зв’язок лінійних і кутових величин, що характеризують цей рух. Тангенціальне та нормальне прискорення.

Відносні та інваріантні величини.

Фундаментальні взаємодії. Види сил у механіці. Вимірювання сил, додавання сил.

Рівнодійна.

Інерціальні системи відліку. Принцип відносності Галілея. Інертність і маса. Закони динаміки Ньютона, межі їх застосування.

Гравітаційна взаємодія та гравітаційне поле, сила тяжіння. Припливні ефекти. Вага та невагомість.

Перша космічна швидкість. Розвиток космонавтики, внесок українських учених у дослідження космосу.

Сили тертя. Коефіцієнт тертя ковзання. Сила опору під час руху тіла в рідині або газі. Рух тіла під дією кількох сил. Алгоритм розв’язання задач динаміки.

Рівновага тіл. Момент сили, центр тяжіння тіла. Стійкість рівноваги.

Рух твердого тіла. Центр мас. Момент інерції. Основне рівняння динаміки обертального руху твердого тіла.

Неінерціальні системи відліку. Рух тіл у неінерціальних системах відліку. Сили інерції. Відцентрова сила інерції. Явища, що спостерігаються в неінерціальних системах відліку. Вплив добового обертання Землі на значення прискорення вільного падіння. Відцентрові механізми. Штучне тяжіння.

Консервативні (потенціальні) сили. Застосування законів збереження енергії та імпульсу в механічних явищах. Реактивний рух у сучасній техніці. Друга космічна швидкість. Пружні та непружні зіткнення.

Рівновага та рух рідини та газу. Рівняння нерозривності. Рівняння Бернуллі. Підіймальна сила крила.

Кінетична енергія тіла, що обертається. Момент інерції, теорема Штейнера. Момент імпульсу. Закон збереження моменту імпульсу. Закони Кеплера як наслідок законів механіки Ньютона.

Застосування законів механіки до коливального руху. Гармонічні коливання. Рівняння гармонічних коливань. Додавання гармонічних коливань.

Умови виникнення вільних коливань. Найпростіші коливальні системи (математичний, фізичний, пружинний маятники). Енергія коливань. Затухання (загасання) вільних коливань.

Вимушені коливання. Резонанс. Автоколивання.

Поширення механічних коливань у пружному середовищі. Плоскі та сферичні, поперечні та поздовжні хвилі. Інтерференція та дифракція хвиль. Рівняння плоскої хвилі. Стояча хвиля. Ефект Доплера.

Звукові явища. Швидкість звуку. Класифікація звуків, їхні характеристики. Акустичний резонанс.

Рекомендовані демонстрації

1. Відносність руху.

2. Застосування стробоскопічного ефекту для вивчення руху тіл.

3. Напрям швидкості під час руху по колу.

4. Рух тіл по колу з різними частотами.

5. Залежність траєкторії руху тіла від вибраної системи відліку.

6. Вимірювання сил.

7. Додавання сил.

8. Трубка Ньютона.

9. Інертність тіл.

10. Невагомість і вага тіла, що рухається з прискоренням.

11. Види деформації тіл.

12. Види рівноваги.

13. Стійкість рівноваги тіла, що має площу опори.

14. Порівняння мас тіл під час взаємодії.

15. Взаємні перетворення потенціальної та кінетичної енергії.

16. Вільні коливання нитяного та пружинного маятників.

17. Резонанс маятників.

18. Стояча хвиля на шнурі.

Навчальні проекти

Розділ 2. ЕЛЕМЕНТИ СПЕЦІАЛЬНОЇ ТЕОРІЇ ВІДНОСНОСТІ

Знаннєвий компонент Оперує основними поняттями СТВ, формулами перетворень Лоренца, відносністю довжини та проміжків часу, релятивістським імпульсом та енергією. Діяльнісний компонент Застосовує постулати СТВ, формули перетворень Лоренца для переходу з однієї інерціальної системи відліку до іншої, застосовує релятивістський закон додавання швидкостей та формули динаміки СТВ.

Ціннісний компонент Виявляє ставлення та оцінює зміну уявлень про час і простір після створення СТВ, усвідомлює необхідність відмови від звичних понять, що суперечать експериментальним даним.

Передумови виникнення спеціальної теорії відносності (СТВ). Дослід Майкельсона — Морлі. Принцип відносності А. Ейнштейна.

Основні положення спеціальної теорії відносності. Перетворення Лоренца. Відносність одночасності подій. Відносність довжини й часу. Релятивістський закон додавання швидкостей. Поняття про чотиривимірний простір — час.

Імпульс тіла в СТВ. Динаміка в СТВ. Повна та кінетична енергія рухомого тіла, енергія спокою. Зв’язок між імпульсом і енергією тіла.

Закони СТВ як узагальнення законів механіки Ньютона, принцип відповідності. Основні наслідки СТВ та їх експериментальні підтвердження.

Навчальні проекти

Розділ 3. МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА ТА ТЕРМОДИНАМІКА

Знаннєвий компонент

Оперує поняттями і термінами: основні положення МКТ, ідеальний газ, тиск газу, газові закони, основне рівняння МКТ, рівняння стану ідеального газу, ізопроцеси, насичена та ненасичена пара, абсолютна та відносна вологість повітря, поверхневий натяг рідини, змочування, капілярні явища, механічна напруга, закон Гука, модуль Юнга, рівновага фаз та фазові переходи, внутрішня енергія, робота газу, перший закон термодинаміки, адіабатний процес, принцип дії теплових машин, ККД теплового двигуна. Розуміє принцип дії побутового холодильника та кондиціонера.

Діяльнісний компонент

Розв’язує задачі на застосування основного рівняння МКТ газів, рівняння стану газу та газових законів, на властивості насиченої пари та визначення вологості повітря, на поверхневий натяг рідини, капілярні явища та тиск Лапласа, на застосування закону Гука, першого закону термодинаміки та формул ККД теплових машин.

Застосовує перший закон термодинаміки до ізопроцесів у ідеальному газі, до адіабатного процесу; другий закон термодинаміки — для пояснення необоротності теплових процесів і обмежень на ККД теплових машин. Експериментально вимірює вологість повітря, поверхневий натяг, модуль Юнга, перевіряє газові закони.

Ціннісний компонент

Виявляє ставлення та оцінює на якісному рівні вплив теплових машин на природне середовище, вплив вологості повітря на життєдіяльність людей і технологічні процеси, важливість поверхневих явищ у природі та техніці.

Основні положення молекулярно-кінетичної теорії (МКТ) будови речовини. Маса та розміри атомів і молекул, стала Авогадро.

Ідеальний газ як фізична модель. Тиск газів. Основне рівняння МКТ газів. Температура. Броунівський рух, дифузія.

Рівняння стану ідеального газу. Ізопроцеси. Швидкості руху молекул газу та їхнє (швидкостей) вимірювання. Дослід Штерна. Уявлення про розподіли Максвелла та Больцмана. Реальні гази, рівняння Ван-дер-Ваальса.

Властивості насиченої та ненасиченої пари. Вологість повітря, її вимірювання. Точка роси.

Рівновага фаз та фазові переходи. Критичний стан, діаграма стану речовини (фазова діаграма). Зрідження газів.

Будова рідини. Поверхневий натяг рідини. Змочування. Капілярні явища. Тиск Лапласа.

Тверді тіла (кристалічні та аморфні). Монокристали, полікристали. Анізотропія кристалів. Поліморфізм.

Види деформації твердих тіл. Механічна напруга твердих тіл. Закон Гука, модуль Юнга. Механічні властивості твердих тіл, їх теплове розширення. Дефекти в кристалах. Рідкі кристали та їх властивості.

Основні поняття термодинаміки. Внутрішня енергія.

Перший закон термодинаміки. Кількість теплоти та робота в термодинаміці.

Застосування першого закону термодинаміки до ізопроцесів в ідеальному газі. Адіабатний процес. Теплоємність газів. Теплові двигуни. Оборотні та необоротні процеси. Другий закон термодинаміки. Поняття про ентропію.

Цикли теплових машин. Коефіцієнт корисної дії (ККД) теплових машин. Цикл Карно. Холодильна машина. Тепловий насос, динамічне опалювання.

Рекомендовані демонстрації

1. Модель броунівського руху.

2. Ізопроцеси в газах.

3. Властивості насиченої пари.

4. Будова психрометра.

5. Будова конденсаційного гігрометра.

6. Кипіння води за зменшеного тиску.

7. Зменшення площі мильної плівки.

8. Капілярні явища.

9. Види деформацій твердих тіл.

10. Теплове розширення твердих тіл.

11. Зміна температури газу під час адіабатного процесу.

12. Моделі різних видів теплових двигунів і холодильної машини.

Навчальні проекти

Розділ 4. ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЛЕ

Знаннєвий компонент

Оперує основними поняттями: електричне поле, напруженість, принцип суперпозиції, силові лінії, потік напруженості, диполь, діелектрична проникність, потенціал, сегнетоелектрики, п’єзоелектричний ефект, електроємність, конденсатор, густина енергії.

Діяльнісний компонент

Розв’язує задачі на застосування принципу суперпозиції силових ліній; знаходить напруженість і потенціал електростатичного поля кількох зарядів, а також заряджених провідників симетричної форми. Визначає електроємність конденсатора та батареї конденсаторів за різних типів з’єднань конденсаторів;

енергію зарядженого конденсатора, енергію електричного поля.

Ціннісний компонент

Оцінює на якісному рівні вплив електричного поля на життєдіяльність людей, небезпеку джерел високої напруги та розрядів унаслідок електризації. Усвідомлює необхідність дотримування правил безпеки при застосуванні електричних пристроїв.

Електричне поле. Напруженість електричного поля. Силові лінії електричного поля. Точковий заряд як електричний аналог матеріальної точки. Електричне поле точкових зарядів. Принцип суперпозиції, електричне поле системи зарядів. Потік напруженості електричного поля. Теорема Гауса.

Провідники та діелектрики в електростатичному полі. Диполь. Поляризація діелектриків. Діелектрична проникність речовини. Електрети і сегнетоелектрики. П’єзоелектричний ефект.

Робота при переміщенні заряду в однорідному електростатичному полі. Потенціальний характер електростатичного поля.

Потенціал електричного поля. Різниця потенціалів. Еквіпотенціальні поверхні. Зв’язок напруженості однорідного електричного поля з різницею потенціалів. Вимірювання елементарного електричного заряду. Дослід Міллікена. Потенціальна енергії взаємодії точкових зарядів.

Електроємність. Електроємність провідників. Конденсатори та їх використання в техніці. Види конденсаторів. Електроємність плоского конденсатора. З’єднання конденсаторів. Енергія зарядженого конденсатора. Енергія електричного поля. Густина енергії електричного поля.

Рекомендовані демонстрації

1. Взаємодія заряджених тіл.

2. Силові лінії електричного поля.

3. Електростатичний захист.

4. П’єзоелектричний ефект.

5. Будова та дія конденсаторів різних типів.

6. Енергія зарядженого конденсатора.

Навчальні проекти

Очікувані результати навчально-пізнавальної діяльності

Орієнтовний зміст навчального матеріалу

Тематика експериментальних (лабораторного практикуму, фронтальних лабораторних, практичних) робіт з фізики (перелік робіт є орієнтовним)

1. Дослідження прямолінійного рівноприскореного руху.

2. Вимірювання прискорення вільного падіння.

3. Дослідження руху тіла, кинутого вертикально вгору.

4. Дослідження руху тіла, кинутого під кутом до горизонту.

5. Вивчення руху тіла по колу.

6. Дослідження умов рівноваги тіла під дією кількох сил.

7. Визначення центра мас плоских пластин.

8. Дослідження пружних властивостей тіл.

9. Вимірювання моменту інерції тіла.

10. Дослідження руху зв’язаних тіл.

11. Дослідження пружних і непружних зіткнень.

12. Дослідження обертального руху твердого тіла.

13. Дослідження коливань нитяного маятника.

14. Дослідження коливань пружинного маятника.

15. Дослідження коливань фізичного маятника.

16. Вимірювання довжини звукової хвилі та швидкості звуку.

17. Вивчення явища резонансу.

18. Дослідження ізопроцесів у газі.

19. Вимірювання відносної вологості повітря.

20. Вимірювання поверхневого натягу рідини.

21. Визначення ККД теплового процесу.

22. Вимірювання електроємності конденсатора.

Узагальнюючі заняття

РЕЗЕРВ