F3089 Středoškolská fyzika podruhé 1

Přírodovědecká fakulta
podzim 2014
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 mechaniky, termiky a molekulové fyziky, 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
  • Mechanika
  • 1. Poloha, rychlost, zrychlení, pohyby rovnoměrné a nerovnoměrné, přímočaré a křivočaré, tečné a normálové zrychlení, úhlové veličiny popisující pohyb.
  • 2. Inerciální a neinerciální vztažné soustavy, Newtonovy zákony, silové zákony.
  • 3. Důsledky Newtonových zákonů I: práce a energie, zákony zachování.
  • 4. Složitější úlohy z mechaniky hmotného bodu.
  • 5. Důsledky Newtonových zákonů II: statická rovnováha tuhých těles, rotace tuhých těles kolem pevné osy.
  • 6. Důsledky Newtonových zákonů III: statická rovnováha kapaliny, co je to tlak, rozložení tlaku v kapalině.
  • 7. Důsledky Newtonových zákonů IV: proudění kapaliny, zákon zachování hmotnosti a zákon zachování mechanické energie při proudění kapaliny.
  • Termika a molekulová fyzika
  • 1. Makro- a mikro- : základní ideje alternativních způsobů popisu makroskopických systémů, částicová struktura látek.
  • 2. Termodynamická rovnováha: nultý zákon termodynamiky, stav termodynamické rovnováhy, teplota, rovnovážné děje, stavové rovnice.
  • 3. Práce, teplo, (vnitřní) energie: energiová bilance, první zákon termodynamiky.
  • 4. „Ředitel továrny přírodních procesů“: druhý zákon termodynamiky, (entropie).
  • 5. Základní statistické úvahy: Maxwellovo rozdělení a jeho použití.
  • 6. Aplikace I: ideální plyn.
  • 7. Aplikace II: tepelné vlastnosti látek – tepelná kapacita, (tepelná vodivost), tepelná roztažnost, fázové přechody.
  • 8. Aplikace III: tepelné motory, topení, chlazení, vaření, energetika.
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 : vysokoškolská učebnice obecné fyziky. Edited by Petr Dub, Translated by Jana Musilová - Jan Obdržálek. Vyd. 1. V Brně: Vysoké učení technické, 2000, xvi, 328. ISBN 8071962147. 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
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2013, podzim 2015, podzim 2016.