Geum.ru

В. А. Коровин м 54 Методический справочник

Вид материалаСправочник

Содержание


Содержание программы
Молекулярная физика
ЭЛЕКТРОДИНАМИКА Электрическое поле (25 ч)
Законы постоянного тока (14 ч)
Фронтальная лабораторная работа
Обобщающие уроки
Физический практикум
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   23

Демонстрации


1. Взаимодействие заряженных тел. 2. Сохранение электриче­ского заряда. 3. Делимость электрического заряда. 4. Визуализа­ция линий напряженности электростатического поля различных заряженных тел. 5. Энергия конденсатора. 6. Закон Ома для пол­ной цепи. 7. Собственная и примесная проводимости полупровод­ников. 8. р-n -Переход. 9. Взаимодействие параллельных про­водников с током. 10. Опыт Эрстеда. 11. Действие магнитного поля на проводник с током. 12. Магнитное поле прямого тока и катушки с током. 13. Отклонение электронного пучка в магнит­ном поле. 14. Электромагнитная индукция. 15. Магнитное поле тока смещения. 16. Излучение и прием электромагнитных волн. 17. Интерференция и дифракция электромагнитных волн. 18. По­ляризация электромагнитных волн. 19. Радиосвязь.

Фронтальные лабораторные работы

1. Исследование смешанного соединения проводников. 2. Изу­чение закона Ома для полной цепи. 3. Изучение явления элект­ромагнитной индукции.

ОПТИКА (20 ч)

Волновые свойства света. Свет — электромагнитные волны. Скорость света и методы ее измерения. Интерференция света. Ко­герентность. Дифракция света. Дифракционная решетка. Поля­ризация света. Закон преломления света. Призма. Дисперсия све­та. Формула тонкой линзы. Получение изображения с помощью линзы.

Демонстрации

1. Интерференция света. 2. Дифракция света. 3. Поляризация света. 4. Разложение света в спектр. 5. Преломление света. 6. Полное отражение света. 7. Получение изображения с помо­щью линзы.

Фронтальные лабораторные работы

1. Наблюдение интерференции и дифракции света. 2. Измере­ние длины световой волны с помощью дифракционной решетки. 3. Измерение показателя преломления стекла.

ОСНОВЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ (6 ч)

Инвариантность скорости света. Принцип относительности Эйнштейна. Пространство и время в специальной теории относи­тельности. Связь массы и энергии.

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА (27 ч)

Тепловое излучение. Постоянная Планка. Фотоэффект. Опы­ты Столетова. Фотоны. Опыты Вавилова. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Корпускулярно-волновой дуализм.

Гипотеза Луи де Бройля. Дифракция электронов.

Боровская модель атома водорода. Спектры. Люминесценция. Лазеры.

Закон радиоактивного распада. Нуклонная модель ядра. Энер­гия связи нуклонов в ядре. Деление ядер. Синтез ядер. Ядерная энергетика. Элементарные частицы. Фундаментальные взаимо­действия.

18

Демонстрации

1. Невидимые излучения в спектре нагретых тел. 2. Фотоэф­фект. 3. Законы внешнего фотоэффекта. 4. Линейчатый спектр. 5. Люминесценция. 6. Лазер. 7. Модель опыта Резерфорда.

фронтальные лабораторные работы

1. Наблюдение сплошного и линейчатых спектров излучения. 2. Изучение взаимодействия частиц в ядерных реакциях (по фо­тографиям).

СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ1 Уровень «С»

Программа начинается с повторительно-обобщающего разде­ла «Механика». Отличие от курса механики, изученного в 10-м классе, заключается в следующем. Рассмотрены законы динами­ки вращающегося твердого тела и закон сохранения момента импульса. Предполагается вывод закона Кеплера из закона со­хранения момента импульса, формулы Мещерского и Циолков­ского из закона сохранения импульса.

Основная идея раздела «Основы молекулярно-кинетической теории» — обоснование теории дискретного строения вещества и поведения множества беспорядочно движущихся частиц. Вводи­мые статистические идеи находят свое развитие при рассмотре­нии основного уравнения молекулярно-кинетической теории иде­ального и реального газов, определении длины свободного пробе­га молекулы, статистической трактовки причин необратимости тепловых процессов и далее при изложении электронной теории проводимости, квантовой оптики, физики атома и ядра. Вводит­ся уравнение Ван-дер-Ваальса и рассматривается его связь со свой­ствами паров и с критическим состоянием вещества.

Термодинамические соображения тесно увязаны с рассмотрен­ной ранее молекулярно-кинетической теорией; вводятся понятия о внутренней энергии, теплоемкости газов и твердых тел, необра­тимости тепловых процессов и др. Следует показать равносиль­ность различных формулировок второго закона термодинамики и доказать невозможность полного превращения в работу того количества теплоты, которое получено от нагревателя рабочим

1 Примерную программу подготовили: Ю. И. Дик, В. А. Орлов, В. А. Коро­вин, А. А. Пинский.

19

телом в циклическом процессе; этот результат обобщается в виде постулата Томсона — одной из формулировок второго закона тер­модинамики.

В теме «Электрическое поле» наряду со стандартными вопро­сами, излагаемыми обычно в школьных учебниках, предполага­ется вывод теоремы Гаусса. Теорема должна быть доказана в общем виде для произвольной системы точечных зарядов, находя­щихся внутри и вне поверхности произвольной формы. Это позволяет рассчитывать напряженности полей, созданных сим­метрично распределенными электрическими зарядами (заряжен­ные прямая нить, цилиндр, сфера, плоскость, плоский конден­сатор).

Закон Ома рассматривается для неоднородного участка цепи. Вводятся и используются для расчета электрических цепей два правила Кирхгофа.

В теме «Магнитное поле» предполагается введение выраже­ний для индукции магнитного поля прямого и кругового токов, соленоида, силы Ампера и Лоренца. На этой основе анализиру­ются: принцип действия циклотрона, поведение плазмы в уста­новке «Токамак», а также потоков заряженных частиц из космо­са в магнитном поле Земли. Предполагается детальное рассмот­рение магнитных свойств пара-, диа- и ферромагнетиков, доменной структуры ферромагнетиков, гистерезиса.

Закон электромагнитной индукции вводится на примере рас­смотрения действия силы Лоренца на свободные электроны в проводнике, движущемся в однородном магнитном поле. Затем этот закон обобщается на все другие случаи и дается как закон Фарадея в формулировке ﻍинд = - Ф'(t).

Введенное ранее выражение для вектора индукции магнитно­го поля в соленоиде позволяет вывести выражение для его ин­дуктивности, а затем для плотности энергии магнитного поля.

Изложение материала темы «Электрический ток в различных средах» основано на классической электронной теории; при этом надо отметить ее недостатки и указать, какие результаты дает квантовая теория проводимости металлов. Предполагается при­вести анализ механизма возникновения свободных носителей электрического заряда в растворах электролитов, газах, вакуу­ме, полупроводниках.

Тема «Электромагнитные колебания и физические основы электротехники» знакомит с элементами теории колебаний, ко­торые вводятся на примере электрических цепей. Показывается аналогичность электрических колебаний и колебаний механиче­ских систем. Закон Ома следует выводить с помощью векторной

20

диаграммы. Сведения о гармоническом анализе используются для введения понятий о спектре и спектральном разложении, кото­рые далее применяются во всех разделах.

В теме «Электромагнитные волны и физические основы ра­диотехники» следует показать, как анализ теоретических идей Максвелла приводит к выводу о возможности существования электромагнитных волн. Полезен анализ механизма излучения электромагнитной волны при ускоренном движении заряда. Се­рьезное внимание следует уделить нелинейным элементам при генерации и показу их роли при модуляции и демодуляции элек­тромагнитных колебаний.

Излагая волновую оптику, необходимо углубить изучение свойств электромагнитных волн. Интерференцию от двух и не­скольких когерентных источников следует рассмотреть аналити­чески; понятие о дифракции — с использованием зон Френеля, анализ дисперсии — на основе классической электронной теории и теории вынужденных колебаний, что дает возможность увя­зать явления дисперсии и поглощения света.

Рассмотрение геометрической оптики как предельного случая волновой позволяет, во-первых, обосновать применение геомет­рических построений в оптике и, во-вторых, дать представление о границах использования данного метода, определяемых волно­выми свойствами света. В связи с явлением полного отражения предполагается рассмотрение основ волоконной оптики, а при изучении увеличения, даваемого оптическими приборами, — проблемы их разрешающей способности.

Основы теории относительности предполагается изложить бо­лее системно и значительно полнее, чем в обычных школьных учеб­никах. Из главных постулатов логически выводятся положения релятивистской кинематики и динамики (понятие релятивистской массы не вводится). Необходимы анализ соотношения ньютонов­ской и релятивистской механики и установление роли принципа соответствия. (Полученные результаты используются в дальней­шем при изложении атомной и ядерной физики.)

Изложение материала о световых квантах следует вести в ис­торическом аспекте. Наличие у фотона не только энергии, но и импульса обосновывается световым давлением и эффектом Комп-тона. На базе опытов Боте и Иоффе — Добронравова рассматри­вается (качественно и количественно) вопрос о флуктуациях фо­тонов. Предполагается анализ корпускулярно-волновой двой­ственности свойств света и электромагнитного излучения других диапазонов.

21

При изучении темы «Физика атома» вначале называются фак­ты, которые приводят к квантовой теории атома: это анализ опыта Резерфорда, проблема неустойчивости атома с позиции классиче­ской физики, невозможность объяснить происхождение линей­чатых спектров. Не ограничиваясь полуклассической теорией Бора, программа вводит учащихся в круг идей квантовой меха­ники. Рассматриваются идеи де Бройля, опыты Девиссона и Джермера, соотношение неопределенностей. Вводится пси-функ­ция и указывается ее физический смысл. Решение уравнения Шредингера для случая частицы в прямоугольной одномерной потенциальной яме позволяет показать, что принцип квантова­ния энергии — логическое следствие основных положений кван­товой механики. Введение понятий о спине электрона и принци­пе Паули дает возможность разъяснить строение Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Идеи Эйн­штейна о самопроизвольном и вынужденном излучении исполь­зуются как база для раскрытия принципа действия оптического квантового генератора.

В разделе программы «Физика атомного ядра» предполагается рассмотрение механизма α- и β-распада, γ-излучения. При анали­зе β -распада вводится понятие о нейтрино, в связи с γ-излучением — понятие об эффекте Мессбауэра. При изложении свойств ионизи­рующих излучений следует сказать о принципах дозиметрии и за­щиты от излучений, о проблеме радиофобии. Ядерная энергетика предусматривает знакомство с урановым реактором и синтезом ядер гелия (из дейтерия и трития) в установке «Токамак».

Раздел «Элементарные частицы» завершает курс физики. В нем вводится понятие о фундаментальных взаимодействиях, из­лагается современная классификация элементарных частиц, да­ются начальные сведения об идеях квантовой хромодинамики. Учитывая значительный объем этого учебного материала, а так­же повышенную трудность некоторых рассуждений, часть воп­росов предлагается изучать в ознакомительном плане.

10 КЛАСС (204 ч) МЕХАНИКА (20 ч)

Повторительно-обобщающий курс. Основные понятия и урав­нения кинематики. Кинематические характеристики в различных системах отсчета; относительные и инвариантные величины.

Инерциальные системы отсчета. Законы Ньютона. Неинерци-альные системы отсчета. Явления, наблюдаемые в неинерциаль-ных системах отсчета.

22

Основные понятия и законы динамики. Силы в механике.

Прямая и обратная задачи механики. Принципы относитель­ности.

Момент силы. Условия равновесия твердого тела.

Вращательное движение твердого тела. Основное уравнение динамики вращательного движения. Момент инерции. Момент импульса. Кинетическая энергия вращающегося тела.

Законы сохранения в механике: закон сохранения импульса; закон сохранения момента импульса; закон сохранения энергии.

фронтальные лабораторные работы

1. Измерение массы. 2. Измерение силы и ускорения. 3. Из­мерение импульса. 4. Определение момента инерции тела.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

Основы молекулярно-кинетической теории (46 ч)

Основные положения молекулярно-кинетической теории и их опытные обоснования. Диффузия и броуновское движение. Взаи­модействие атомов и молекул вещества. Масса и размеры моле­кул. Постоянная Авогадро.

Динамические и статистические закономерности. Вероятность события. Микро- и макроописание физических систем. Средние значения физических величин.

Распределение как способ задания состояния системы. Рас­пределение Максвелла. Опыт Штерна. Опыт Перрена.

Идеальный газ. Основное уравнение молекулярно-кинетиче­ской теории идеального газа. Температура и ее измерение.

Абсолютный нуль температуры. Уравнение состояния иде­ального газа как следствие основного уравнения молекулярно-кинетической теории газов и его частные случаи для постоян­ной температуры, постоянного объема и постоянного давления. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Средняя длина сво­бодного пробега. Агрегатные состояния и фазовые переходы.

Насыщенные и ненасыщенные пары. Зависимость давления и плотности насыщенного пара от температуры.

Зависимость температуры кипения жидкости от давления.

Критическая температура. Критическое состояние вещества. Диаграмма состояния вещества. Процессы конденсации и испа­рения в природе и технике. Получение сжиженного газа, его свой­ства и применение.

23

Влажность воздуха. Точка росы. Психрометр. Гигрометр. Свойства поверхности жидкостей. Поверхностная энергия. По­верхностное натяжение. Смачивание. Капиллярные явления.

Строение кристаллов. Анизотропия кристаллов. Полимор­физм. Монокристаллы и поликристаллы. Плотная упаковка час­тиц в кристаллах. Пространственная решетка. Элементарная ячейка. Симметрия кристаллов.

Дефекты в кристаллах. Образование кристаллов в природе и получение их в технике. Способы управления механическими свойствами твердых тел. Понятие о жидких кристаллах. Крис­таллы и жизнь. Аморфные тела.

Деформация. Напряжение. Механические свойства твердых тел: упругость, прочность, пластичность, хрупкость. Диаграмма растяжения. Создание материалов с необходимыми технически­ми свойствами.

Фронтальные лабораторные работы

5. Измерение атмосферного давления. 6. Измерение темпера­турного коэффициента давления воздуха. 7. Измерение поверх­ностного натяжения жидкости. 8. Измерение модуля упругости резины. 9. Наблюдение за ростом кристаллов из раствора. 10. Сравнение молярных теплоемкостей металлов. 11. Измере­ние удельной теплоемкости свинца путем измерения работы, со­вершаемой при его нагревании. 12. Измерение удельной теплоты плавления льда.

Основы термодинамики (16 ч)

Термодинамический подход к изучению физических процес­сов. Термодинамические параметры состояния тела. Внутренняя энергия тела.

Первый закон термодинамики. Работа при изменении объема.

Применение первого закона, термодинамики к различным теп­ловым процессам. Адиабатный процесс. Теплоемкости газов при постоянном давлении и постоянном объеме. Теплоемкость твер­дых тел.

Тепловые машины. Принцип действия тепловых двигателей. Цикл Карно. КПД теплового двигателя и пути его повышения. Двигатель внутреннего сгорания. Паровая и газовая турбины. Ре­активные двигатели. Холодильные машины.

Роль тепловых машин в развитии теплоэнергетики и транс­порта. Тепловые машины и охрана природы.

24

Обратимые и необратимые процессы. Необратимость тепловых процессов. Второй закон термодинамики и его статистический смысл.

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА Электрическое поле (25 ч)

Закон сохранения электрического заряда. Точечный и распре­деленный заряды. Закон Кулона.

Электрическое поле. Напряженность. Линии напряженности. Электрическое поле точечных зарядов. Однородное электрическое поле. Поток напряженности электрического поля. Теорема Гаус­са и ее применение для расчета напряженности электрических полей.

Работа электрического поля при перемещении зарядов. По­тенциал. Напряжение. Связь между напряжением и напряжен­ностью. Проводники в электрическом поле.

Электрическая емкость. Электрическая емкость плоского кон­денсатора. Диэлектрическая проницаемость. Энергия электриче­ского поля. Плотность энергии. Диэлектрики в электрическом поле. Механизм поляризации диэлектриков. Электреты и сегнетоэлектрики. Пьезоэлектрический эффект и его использо­вание в технике.

Законы постоянного тока (14 ч)

Условия существования постоянного тока. Стационарное элек­трическое поле. Электрические цепи с последовательным и па­раллельным соединениями проводников. Электродвижущая сила. Закон Ома для неоднородного участка цепи и для полной цепи. Правила Кирхгофа. Расчет разветвленных электрических цепей. Шунты и дополнительные сопротивления.

Работа и мощность тока.

Фронтальные лабораторные работы

13. Измерение емкости конденсатора. 14. Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока. 15. Изучение зако­нов последовательного и параллельного соединения проводников. 16. Измерение удельного сопротивления проводника. 17. Регули­рование силы тока и напряжения в цепях постоянного тока.

Магнитное поле (16 ч)

Магнитное взаимодействие токов. Магнитное поле тока. Магнит­ная индукция. Линии магнитной индукции. Магнитный поток.

25

Сила Ампера. Принцип действия электроизмерительных прибо­ров. Громкоговоритель. Сила Лоренца. Движение электрических зарядов в электрическом и магнитном полях. Ускорители заря­женных частиц. Масс-спектрограф. Магнитные свойства веществ. Электрический двигатель постоянного тока.

Фронтальные лабораторные работы

18. Наблюдение действия магнитного поля на ток. 19. Изме­рение рабочих параметров электромагнитного реле. 20. Измере­ние магнитной индукции.

Электромагнитная индукция (12 ч)

Явление электромагнитной индукции. ЭДС индукции. Индук­ционное электрическое поле. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Вихревое электрическое поле. Электродинамиче­ский микрофон.

Самоиндукция. Индуктивность. Влияние среды на индуктив­ность. Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля. Относительность электрического и магнитного полей. По­нятие об электромагнитном поле. Плотность энергии электромаг­нитного поля. Электрический генератор постоянного тока. Маг­нитная запись информации.

Фронтальная лабораторная работа

21. Изучение явления электромагнитной индукции.

Электрический ток в различных средах (25 ч)

Электрический ток в металлах. Основные положения элект­ронной теории проводимости металлов. Скорость упорядоченно­го движения электронов в проводнике. Зависимость сопротивле­ния от температуры. Сверхпроводимость.

Электрический ток в полупроводниках. Электрическая прово­димость полупроводников и ее зависимость от нагревания и осве­щения. Собственная и примесная проводимости полупроводников. Термо- и фоторезисторы. Электронно-дырочный переход. Полупро­водниковый диод. Транзистор. Применение полупроводниковых приборов. Триггер как элемент ЭВМ. Интегральные схемы.

Электрический ток в вакууме. Электронная эмиссия. Ваку­умный диод. Вольт-амперная характеристика диода. Вакуумный триод. Электронные пучки и их свойства. Электронно-лучевая трубка.

26

Электрический ток в растворах и расплавах электролитов. За­кон электролиза, определение заряда электрона, применение электролиза в технике.

Электрический ток в газах. Несамостоятельный и самостоя­тельный разряды в газах. Виды самостоятельного разряда (тлею­щий, искровой, коронный, дуговой). Техническое использование газового разряда. Понятие о плазме. МГД-генератор.

Фронтальные лабораторные работы

22. Определение заряда одновалентного иона. 23. Обнаруже­ние зависимости сопротивления полупроводникового фоторезис­тора и фотодиода от освещения. 24. Определение параметров тран­зистора.

ОБОБЩАЮЩИЕ УРОКИ (2ч)
  1. Значение теплоэнергетики в народном хозяйстве.
  2. Основные законы электродинамики и их техническое при­-
    менение.

ФИЗИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ (24ч) Молекулярная физика
  1. Оценка размеров молекул олеиновой кислоты.
  2. Оценка средней скорости теплового движения молекул воз­
    духа.
  3. Проверка уравнения состояния газа.
  4. Измерение молярной газовой постоянной.
  5. Наблюдение броуновского движения.
  6. Измерение относительной влажности воздуха.
  7. Измерение разрушающего напряжения металла.
  8. Измерение скорости роста кристаллов.
  9. Обнаружение зависимости прочности металла от
    механической и термической обработки.



  1. Измерение удельной теплоты плавления парафина.
  2. Изучение работы холодильника и определение его харак­-
    теристик.
  3. Измерение мощности пламени свечи.

Электродинамика
  1. Измерение диэлектрической проницаемости диэлектрика.
  2. Измерение емкости конденсатора.
  3. Изготовление и испытание электретного микрофона.
  4. Повышение предела измерений амперметра.

27
  1. Повышение предела измерений вольтметра.
  2. Измерение сопротивления проводника мостовым методом.
  3. Поверка электроизмерительных приборов.
  4. Определение отношения заряда электрона к его массе.
  5. Определение индукции магнитного поля постоянного ма-­
    нита.
  6. Определение индукции магнитного поля Земли.
  7. Определение индуктивности катушки.
  8. Измерение магнитного потока постоянного магнита.
  9. Определение температурного коэффициента сопротивле-­
    ния металлов.
  10. Определение температуры нити электрической лампы.
  11. Изучение транзистора. Определение коэффициента усиле-­
    ния по току.
  12. Снятие вольт-амперной характеристики полупроводнико-­
    вого диода.
  13. Снятие температурной характеристики термистора.
  14. Изучение электронного осциллографа.

Экскурсии (4 ч)

Возможные объекты: строительная площадка, автобаза, сель­скохозяйственные предприятия, тепловая электростанция, холо­дильная установка, электротехнические предприятия, электро­измерительная лаборатория.