F4089 Středoškolská fyzika podruhé 2

Přírodovědecká fakulta
jaro 2015
Rozsah
1/2/0. 4 kr. Ukončení: k.
Vyučující
doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc. (přednášející)
prof. RNDr. Jana Musilová, CSc. (přednášející)
Mgr. Jiří Bartoš, PhD. (cvičící)
Garance
prof. RNDr. Jana Musilová, CSc.
Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Jana Musilová, CSc.
Dodavatelské pracoviště: Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Předpoklady
Žádné.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Cíle předmětu
Postavení fyziky v současném středoškolském vzdělávání a s ním související průvodní jevy jejího vyučování (slabá hodinová dotace, rozvolněná koncepce i obsah, nedostatek demonstračního experimentování, stejně jako vyřešených úloh a v neposlední řadě i špatná koordinace výuky matematiky a fyziky) jsou příčinou postupného vytrácení logického systému ze středoškolské výuky fyziky. Nevyhnutelným důsledkem je pak velmi nízká úroveň fyzikálního myšlení u většiny středoškoláků, neoblíbenost fyziky a časté nepochopení jak jejích základů, tak jejích postupů i jinak nadanými žáky, kteří se nezřídka učí vzorce, řešení úloh či dokonce celé pasáže textu zpaměti, namísto toho, aby se cvičili v logických úvahách založených na pochopení základních fyzikálních zákonů. Neblahé důsledky tohoto stavu se projevují také v prvních semestrech vysokoškolského bakalářského studia, a to i u studentů, pro něž je fyzika hlavním studijním oborem. Se záměrem redukovat tyto nedostatky předmět rekapituluje – převážně seminární formou opírající se o aktivitu studentů – nejdůležitější partie středoškolské fyziky. Jeho koncepce vychází z toho, že student má k dispozici již poměrně ucelený systém středoškolské matematiky a někdy i nadhled vyplývající ze znalostí získaných z dosud absolvovaných předmětů vysokoškolského studia. Cílem předmětu je posílit u studentů fyzikální myšlení zahrnující rovněž přiměřené využívání matematického aparátu natolik, aby byli – již na úrovni nepřesahující rozsah středoškolského fyzikálního a matematického vzdělávání – schopni samostatně formulovat a řešit i složitější problémy. Jednotlivé lekce, z nichž některé budou doprovozeny demonstračními experimenty, jsou zaměřeny na vybrané kapitoly středoškolské elektřiny a magnetismu a fyziky mikrosvěta, které lze z hlediska cílů předmětu považovat za zásadní.

Absolvováním předmětu studenti získají

- nadhled nad problematikou základních fyzikálních disciplín vyučovaných na středoškolské úrovni,
- přehled o problémech, při jejichž výkladu na střední škole se nejčastěji vyskytují fyzikální chyby a schopnost správného řešení těchto problémů,
- praxi v řešení složitějších úloh a interpretaci demonstračních experimentů,
- schopnost elementárního výkladu fyzikálních problémů na úrovni střední školy.
Osnova
  • Elektřina a magnetismus
  • 1. Elektrostatické pole I: silový zákon pro elektrostatiku – Coulombův zákon, intenzita elektrostatického pole bodového náboje, resp. soustavy nábojů.
  • 2. Elektrostatické pole II: práce elektrostatické síly, potenciální energie náboje v elektrostatickém poli, kapacita kondenzátoru, kapacita soustavy kondenzátorů.
  • 3. Elektrický proud I: elektrický proud v kovech, Ohmův zákon pro lineární vodič.
  • 4. Elektrický proud II: zákony zachování náboje a energie: Kirchhoffovy zákony, řešení stejnosměrných obvodů s lineárními vodiči.
  • 5. Magnetické pole: magnetická intenzita a magnetická indukce, magnetický tok, Faradayův zákon elektromagnetické indukce. Obvody střídavého proudu.
  • 6. Aplikace Newtonových zákonů I: pohyb nabitých částic v elektrickém poli.
  • 7. Aplikace Newtonových zákonů II: pohyb nabitých částic v magnetickém poli.
  • Fyzika mikrosvěta
  • 1. Podivuhodné experimenty: příklady selhání klasické fyziky, první pokusy o odstranění rozporů mezi některými experimentálními výsledky a teoretickými předpověďmi.
  • 2. Kvantové vlastnosti elektromagnetického záření: pojem kvanta a jeho vývoj (kvantová hypotéza, světelné kvantum, foton).
  • 3. Elektron: představy o struktuře elektrického náboje, katodové záření, objev elektronu a určení jeho základních charakteristik.
  • 4. Atomové jádro: objev, určení základních vlastností, struktura.
  • 5. Elektronový obal atomu: problém stability jaderného modelu atomu, Bohrův model atomu, periodická soustava prvků.
  • 6. Radioaktivita: význam jevu pro poznání mikrosvěta, radioaktivní vzorek, radioaktivní záření, rozpadový zákon.
  • 7. de Broglieova hypotéza: experimentální ověření, vývoj fyzikální interpretace, význam pro další rozvoj fyziky.
Literatura
    povinná literatura
  • Gymnaziální učebnice fyziky.
    doporučená literatura
  • ALONSO, Marcelo a Edward J. FINN. Fundamental university physics. Reading: Addison-Wesley Publishing Company, 1969, xvi, 435. info
  • ALONSO, Marcelo a Edward J. FINN. Fundamental university physics. Reading: Addison-Wesley Publishing Company, 1970, xviii, s. info
  • ALONSO, Marcelo a Edward J. FINN. Fundamental university physics. Reading: Addison-Wesley Publishing Company, 1969, ix, 598. info
  • HALLIDAY, David, Robert RESNICK a Jearl WALKER. Fyzika. 1. vyd. Brno, Praha: Vutium, Prometheus, 2001. ISBN 80-214-1868-0. info
  • ARONS, A. B. Teaching introductory physics. New York: John Wiley & Sons, 1996, xiv, 153. ISBN 0471137073. info
Výukové metody
přednáška, seminář
Metody hodnocení
prezentace na seminářích, závěrečná rozprava
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2016.