Фізика і астрономія. 7–11 класи

Фізика. Профільний рівень

10 клас

Фізичний складник

(6 годин на тиждень; всього 210 годин)

Очікувані результати

Орієнтовний зміст навчального матеріалу

Вступ

Знаннєвий компонент

Оперує поняттями і термінами: наука, наукова теорія.

Пояснює роль фізичного знання в житті людини та суспільному розвитку.

Ціннісний компонент

Усвідомлює необхідність саморозвитку й самонавчання в умовах глобальних змін і викликів.

Світоглядний потенціал природничих наук. Роль фізичного знання в житті людини та суспільному розвитку. Початкові відомості про фундаментальні фізичні теорії як основу сучасних фізики та астрономії.

Розділ 1. МЕХАНІКА

Знаннєвий компонент

Оперує поняттями і термінами: механічний рух; матеріальна точка; тверде тіло; центр маси тіла, тіло відліку, інерціальна та неінерціальна системи відліку, радіус-вектор, траєкторія, переміщення, пройдений шлях, швидкість, прискорення, прискорення вільного падіння, період, частота, кутова швидкість, доцентрове прискорення, тангенційне прискорення, відносність механічного руху; закони динаміки; тиск, в’язкість, турбулентність, закони механіки рідин і газів; механічна робота, потужність, кінетична енергія, потенціальна енергія, робота сил тяжіння, пружних сил, сил тертя, імпульс, момент імпульсу, момент сили; постулати спеціальної теорії відносності.

Пояснює: основні поняття та закони, принципи, правила механіки та СТВ, формули для визначення фізичних величин, математичні вирази законів механіки та СТВ, властивості простору і часу у класичній механіці та у спеціальній теорії відносності, сутність принципів відносності Галілея та А. Ейнштейна, відносність довжини й часу, відносність одночасності подій у рухомій і нерухомій системах відліку, просторово-часові властивості фізичного світу.

Визначає умови, за яких механічна енергія, імпульс, момент імпульсу зберігаються; рівноваги твердого тіла; межі застосування законів механіки.

Діяльнісний компонент

Спостерігає і описує різні види механічного руху і механічної взаємодії тіл у природі і техніці.

Розв’язує задачі (різних видів і типів, у тому числі комбіновані з кількох розділів фізики) на застосування:

• функціональної залежності між фізичними величинами на: рівномірний та рівноприскорений прямолінійний рухи, відносний рух, рівномірний та нерівномірний рух по колу, обертальний рух твердого тіла, рух під дією кількох сил, рух зв’язаних тіл, рух рідин і газів, рух в неінерціальних системах відліку; рух тіл, швидкість яких наближається до швидкості світла;

• законів: Ньютона, Гука, Архімеда, Бернуллі, всесвітнього тяжіння; збереження (енергії, імпульсу, моменту імпульсу); перетворення Лоренца, релятивістський закон додавання швидкостей.

Експериментально досліджує властивості різних видів руху, визначає параметри руху (прискорення руху, висоту і дальність польоту тіла, кинутого під кутом до горизонту, коефіцієнт тертя);

перевіряє закони руху і збереження;

вимірює сили.

Застосовує методи моделювання та аналогій для пояснення механічних явищ і процесів.

Уміє графічно зображати функціональні залежності опису механічного руху та взаємодії.

Використовує набуті знання у навчальній і практичній діяльності.

Ціннісний компонент

Виявляє ставлення та оцінює на якісному рівні результати використання знань з механіки в реальних життєвих ситуаціях.

Висловлює судження про простір і час, зв’язок класичної та релятивістської фізики.

Кінематичний опис механічного руху матеріальної точки. Рівномірний і нерівномірний прямолінійний рухи. Графіки залежності кінематичних величин від часу у рівномірному і рівноприскореному рухах.

Відносність механічного руху. Кінематичні характеристики в різних системах відліку: відносні та інваріантні величини. Принцип відносності Галілея. Класичний закон додавання швидкостей.

Криволінійний рух. Рівномірний та нерівномірний рух по колу.

Основні поняття і закони динаміки.

Інерціальні та неінерціальні системи відліку і явища, що в них спостерігаються.

Сили в механіці.

Потенціальна та кінетична енергії.

Умови рівноваги твердого тіла. Момент сили. Обертальний рух твердого тіла. Основне рівняння динаміки обертального руху.

Момент імпульсу. Кінетична енергія тіла, яке обертається. Гіроскоп.

Закони збереження в механіці: закон збереження імпульсу, закон збереження моменту імпульсу, закон збереження енергії.

Механіка рідин і газів: тиск у рідинах і газах, закон Паскаля, закон Архімеда, закон Бернуллі, в’язкість.

Межі застосування законів класичної механіки. Основні положення СТВ та їхні наслідки. Релятивістський закон додавання швидкостей.

Рекомендовані демонстрації

1. Відносність руху.

2. Залежність траєкторії руху тіла від обраної системи відліку.

3. Напрям швидкості під час руху по колу.

4. Обертання тіла з різною частотою.

5. Додавання сил, що діють під кутом одна до одної.

6. Рівновага тіл під дією кількох сил.

7. Умови рівноваги тіл.

8. Дослід із «жолобом Галілея».

9. Про теорію відносності (фрагменти відео)

10. Залежність сили пружності від деформації.

11. Сили тертя.

12. Зміна енергії тіл при виконанні роботи.

13. Взаємні перетворення кінетичної і потенціальної енергії.

Навчальні проекти

Практикум із розв’язування задач

Розділ 2. МОЛЕКУЛЯРНО-КІНЕТИЧНА ТЕОРІЯ БУДОВИ РЕЧОВИНИ. ТЕРМОДИНАМІКА

Знаннєвий компонент

Оперує поняттями і термінами: атом, ядро, нуклони, ізотопи, протонно-нейтронна модель атомного ядра, наноматеріали, молекулярно-кінетична теорія, сили молекулярної взаємодії, відносна молекулярна маса, атомна одиниця маси, кількість речовини, молярна маса, нормальні умови, закон Авогадро, ідеальний газ, основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів (рівняння Клаузіуса), тиск, середня квадратична швидкість руху молекул, універсальна газова стала, температура, число ступенів свободи, статистичні закономірності, рівняння стану ідеального газу, парціальний тиск, закон Дальтона, газові закони, внутрішня енергія, робота газу, закони термодинаміки, ентропія, цикл Карно, адіабатний процес, ККД теплового двигуна; насичена та ненасичена пара, абсолютна та відносна вологість повітря; поверхневий натяг рідини, змочування, капілярні явища; властивості кристалічних і аморфних тіл, механічна напруга, закон Гука, модуль Юнга, діаграма розтягу твердих тіл; рівновага фаз та фазові переходи.

Пояснює: методи дослідження будови речовини; дискретну будову речовини, основні положення МКТ; способи визначення розмірів і мас молекул, природу сил міжмолекулярної взаємодії, дослід Штерна, властивості агрегатних станів речовини на основі МКТ, мікроскопічні та макроскопічні параметри газу, термодинамічний та молекулярно-кінетичний зміст температури, основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії, газові закони, ентропію як функцію стану термодинамічної системи; застосування першого закону термодинаміки до ізопроцесів, принцип дії теплових машин, властивості рідин, газів та твердих тіл та їх фазові переходи, залежність тиску і густини насиченої пари від температури, капілярність і змочування, діаграму стану речовини.

Діяльнісний компонент

Спостерігає і описує фізичні властивості речовини у природі й техніці.

Розв’язує задачі (різних видів і типів, у тому числі комбіновані з кількох розділів фізики) на: розрахунок кількості речовини, використання основного рівняння МКТ, рівняння стану газу, газових законів, першого закону термодинаміки; ККД теплової машини; визначення вологості повітря, поверхневого натягу; визначення модуля пружності.

Будує та аналізує графіки ізопроцесів; діаграму розтягу.

Експериментально досліджує ізопроцеси, вимірює вологість повітря, атмосферний тиск; визначає коефіцієнт поверхневого натягу рідин, модуль пружності гуми.

Застосовує методи моделювання та аналогій для пояснення теплових явищ і процесів.

Використовує набуті знання у навчальній і практичній діяльності.

Ціннісний компонент Висловлює судження щодо глобальних проблем людства, пов’язаних з енергетичним та ресурсним забезпеченням, зміни в кліматі Землі, роль теплоенергетики в економіці та суспільному житті країни, екологічні загрози щодо використання теплових машин, забруднення середовища, виробництва та утилізації синтетичних матеріалів.

Оцінює вплив вологості повітря на живі організми та технологічні процеси; позитивний і негативний вплив поверхнево-активних речовин, капілярних явищ в природі та техніці, сучасні теплоізоляційні матеріали.

Основні положення молекулярно-кінетичної теорії будови речовини. Атоми і молекули. Будова атома і атомного ядра.

Сучасні методи дослідження будови речовини. Наноматеріали.

Ідеальний газ як фізична модель. Швидкості молекул газу та їх вимірювання. Тиск газів. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів. Рівняння стану ідеального газу. Газові закони.

Основи термодинаміки: основні поняття термодинаміки, перший закон термодинаміки, робота ідеального газу при ізопроцесах, адіабатний та політропний процеси, оборотні та необоротні процеси. Ентропія. Цикли теплових машин, цикл Карно, другий закон термодинаміки, третій закон термодинаміки.

Реальні гази

Властивості насиченої й ненасиченої пари. Вологість повітря.

Тверді тіла (кристалічні та аморфні), механічні властивості твердих тіл, механічна напруга, модуль Юнга, теплове розширення твердих тіл.

Рідини: загальні властивості будови рідин, поверхневий шар рідини, поверхневий натяг, осмотичний тиск, змочування, капілярні явища.

Рідкі кристали.

Рівновага фаз та фазові переходи.

Рекомендовані демонстрації

1. Модель досліду Резерфорда.

2. Властивості насиченої пари.

3. Кипіння води за зниженого тиску.

4. Будова й принцип дії психрометра.

5. Поверхневий натяг рідини.

6. Скорочення поверхні мильних плівок.

7. Капілярне піднімання рідини.

8. Пружна й залишкова деформації.

9. Вирощування кристалів.

10. Властивості та застосування рідких кристалів і полімерів.

11. Залежність між об’ємом, тиском і температурою.

12. Зміна внутрішньої енергії тіла внаслідок виконання роботи.

13. Необоротність теплових процесів.

14. Принцип дії теплового двигуна.

15. Моделі різних видів теплових двигунів.

16. Будова холодильної машини.

Лабораторний практикум

За результатами виконання лабораторного практикуму учні оволодівають експериментальними методами вимірювання фізичних величин, дослідження явищ, удосконалюють навички роботи з фізичними приладами, удосконалюють здатність узагальнювати дослідні факти і робити висновки про спостережувані явища і процеси.

1. Визначення прискорення тіла під час рівноприскореного руху.

2. Дослідження вільного падіння тіл.

3. Дослідження руху тіла, кинутого горизонтально.

4. Визначення центра мас плоских фігур.

5. Вимірювання прискорення вільного падіння.

6. Дослідження руху тіла, кинутого вертикально вгору

7. Вимірювання маси тіл.

8. Дослідження пружних властивостей тіл.

9. Визначення модуля пружності гуми.

10. Дослідження руху зв’язаних тіл.

11. Визначення гальмівного шляху тіла та коефіцієнта тертя ковзання.

12. Дослідження перетворення потенціальної енергії в кінетичну.

13. Дослідження механічного руху тіл із застосуванням закону збереження енергії.

14. Дослідження обертального руху твердого тіла.

15. Оцінювання розмірів молекул.

16. Вимірювання атмосферного тиску.

17. Визначення постійної Больцмана.

18. Визначення кількості водяної пари в повітрі.

19. Вивчення одного з ізопроцесів.

20. Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідини.

21. Визначення модуля пружності різних речовин.

Навчальні проекти

Практикум із розв’язування задач

Узагальнюючі заняття

Резерв

Астрономічний складник

(1 год. на тиждень всього 35 год)

Очікувані результати

Орієнтовний зміст навчального матеріалу

Вступ

Знаннєвий компонент

Оперує поняттями і термінами: об’єкти дослідження в астрономії, основні розділи астрономії; космічні програми.

Пояснює: причини, що зумовили й стимулювали зародження й розвиток астрономії; роль спостережень в астрономії, приклади використання астрономічних знань в життєдіяльності людини; зв’язки астрономії з іншими науками.

Ціннісний компонент

Оцінює значення астрономії для практичного і духовного розвитку людства.

Астрономія — фундаментальна наука. Розділи астрономії. Об’єкти дослідження в астрономії. Астрономічні спостереження. Зв’язок астрономії з іншими науками.

Значення астрономічних знань для людства.

Рекомендовані демонстрації

1. Портрети видатних астрономів.

2. Зображення об’єктів дослідження в астрономії.

Розділ 1. СПОСТЕРЕЖЕННЯ ЗОРЯНОГО НЕБА. РУХ НЕБЕСНИХ СВІТИЛ

Знаннєвий компонент

Оперує поняттями і термінами: небесна сфера, системи небесних координат (горизонтальна, перша і друга екваторіальна), основні лінії і точки небесної сфери, сузір’я, видима та абсолютна зоряна величина;

формула Погсона, одиниці відстаней (астрономічна одиниця, парсек, світловий рік), мапи зоряного неба, каталоги небесних об’єктів, кульмінація, екліптика, прецесія, сонячна і зоряна доба, середнє Сонце, зоряний і тропічний роки.

Пояснює: поділ зоряного неба на сузір’я, їх кількість за сучасним поділом, зв’язок між інтенсивністю випромінювання, відстанню та видимою зоряною величиною, використання горизонтальної та екваторіальної систем координат; причини зміни зоряного неба впродовж доби, року, вигляд зоряного неба на різних широтах, залежність висоти полюса світу від географічної широти місця спостереження, видимий рух Сонця відносно зір протягом року, зміну дня і ночі та пір року, використання зоряного та сонячного часу, принципи вимірювання і лічби часу, причину різної тривалості зоряної і сонячної доби, введення шкал атомного і координованого часу.

Діяяьнісний компонент

Орієнтується на місцевості за Сонцем, сузір’ями і Полярною зорею.

Показує на зоряному небі характерні сузір’я; найяскравіші зорі (Сиріус, Вега, Капела, Спіка, Арктур); точки і лінії небесної сфери.

Користується зоряними атласами, каталогами небесних об’єктів (у тому числі й комп’ютерними системами орієнтування).

Розв’язує задачі на знаходження висот світил за заданими екваторіальними координатами; на формулу Погсона, визначення часу. Ціннісний компонент Оцінює сузір’я як пам’ятники стародавньої культури людства; роль астрономічних спостережень у визначенні часу й літочислення.

Зоряне небо, небесні світила і небесна сфера. Основні лінії й точки на небесній сфері. Системи небесних координат.

Сузір’я. Видимі й абсолютні зоряні величини.

Визначення відстаней в астрономії. Зоряні мапи й каталоги небесних об’єктів.

Добовий рух небесних світил.

Зміна вигляду зоряного неба упродовж року.

Видимий рух Сонця.

Вигляд зоряного неба на різних широтах.

Орієнтування на місцевості по небесних світилах. Визначення часу з астрономічних спостережень.

Рекомендовані демонстрації

1. Модель небесної сфери.

2. Зоряні мапи і каталоги.

3. Глобус зоряного неба.

4. Телурій.

Навчальні проекти

Практикум із розв’язування задач

Розділ 2. СОНЯЧНА СИСТЕМА. ФІЗИКА ТІЛ СОНЯЧНОЇ СИСТЕМИ

Знаннєвий компонент Оперує поняттями і термінами: геоцентрична та геліоцентрична системи світу, Сонячна система, основні етапи формування Сонячної системи; планета, карликова планета, малі тіла Сонячної системи, астероїд, комета; метеорне тіло, метеор, метеорний потік, радіант, метеорит, планетезималь, правило Тіциуса — Боде, конфігурації планет, верхні і нижні планети, планети земної групи і планети-гіганти, закони Кеплера, космос, штучні супутники та автоматичні міжпланетні станції, космічні швидкості, фази Місяця, фізичні та орбітальні характеристики планет.

Пояснює: основні гіпотези і теорії виникнення Сонячної системи; будову Сонячної системи; схематично механізм утворення планет у Сонячній системі, причини парникового ефекту; космічні причини кліматичних змін на Землі; причини виникнення припливів і відпливів на Землі; принцип використання горизонтального паралаксу для визначення відстаней у Сонячній системі; закони руху космічних тіл; фази Місяця та причину їх появи; причину місячних та сонячних затемнень; умови видимості планет у різних конфігураціях та видимий петлеподібний рух планет; фізичні та орбітальні характеристики планет, головні подібності та відмінності між планетами земної групи та планетами-гігантами; фізичні характеристики малих тіл Сонячної системи; утворення хвоста комети; природу світіння метеорів; суть астероїдної небезпеки для Землі; використання законів руху в небесній механіці; використання законів руху небесних тіл для практичних потреб космонавтики; особливості рухів штучних супутників та автоматичних міжпланетних станцій.

Діяльнісний компонент

Показує планети Сонячної системи, видимі неозброєним оком;

Розв’язує задачі на: закони Кеплера, розрахунок орбіт і космічних швидкостей; на розрахунки відстаней та визначення мас тіл Сонячної системи.

Ціннісний компонент

Висловлює судження щодо значення дослідження тіл Сонячної системи за допомогою космічних апаратів; окремі космічні місії; оцінює унікальність планети Земля, роль Місяця у земних процесах.

Системи світу Птолемея і М. Коперника. Етапи формування та будова Сонячної системи.

Закони Кеплера та їх зв’язок із законами Ньютона. Елементи орбіт та їх геометричне подання.

Космічні швидкості на поверхнях небесних тіл та у просторі. Рух штучних супутників і автоматичних міжпланетних станцій. Розвиток космонавтики. Космічні дослідження об’єктів Сонячної системи.

Використання законів руху для визначення відстаней до тіл Сонячної системи, а також розмірів і мас небесних тіл.

Видимі рухи Сонця, Місяця, планет. Планетні конфігурації, синодичні та сидеричні періоди.

Система Земля — Місяць. Фази Місяця. Місячні та сонячні затемнення.

Загальні характеристики планет, карликових планет та малих тіл Сонячної системи.

Рекомендовані демонстрацій

1. Схема Сонячної системи.

2. Динамічна модель Сонячної системи.

3. Фотозображення Сонця і Місяця під час затемнень.

4. Космічні знімки астероїдів, комет, метеорів та метеорних потоків.

5. Фотозображення метеоритів.

6. Карта розподілу на небесній сфері радіантів відомих метеорних потоків.

7. Фотозображення астроблем.

8. Зображення космічних апаратів, призначених для вивчення об’єктів Сонячної системи.

Навчальні проекти

Практикум із розв’язування задач

Лабораторний практикум

1. Виготовлення найпростішого кутоміра й вимірювання кутових відстаней на небі.

2. Визначення висоти Сонця над горизонтом за допомогою гномона.

3. Визначення географічної широти місцевості зі спостережень Полярної зорі.

Узагальнюючі заняття

Резерв