ПРОГРАММЫ И КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКОЕ
ПЛАНИРОВАНИЕ
ФИЗИКА 7-11 классы
Мнемозина Москва 2009
УДК
ББК
Авторы-составители
Л. Э. Генденштейн,
В. И. Зинковский, Л. А. Кирик
Программы и календарно-тематическое планирование. Физика. 7—11 классы / авт.-сост. Л. Э. Генденштейн, В. И. Зинковский, Л. А. Кирик. — М.: Мнемозина, 2009. — с.
ISBN
Программы по физике для общеобразовательных учреждений, представленные в издании, составлены на основе государственного стандарта основного и среднего (полного) общего образования (базовый уровень) по физике. Для старшей школы (10-11 классы) приведено тематическое планирование курса из расчета 2 или 3 часа в неделю.
Для учителей, методистов, руководителей образовательных учреждений.
Физика. Базовый уровень. 10 – 11 классы
Пояснительная записка
Данная программа разработана в соответствии с Образовательным Стандартом среднего (полного) общего образования по физике с учетом Примерной программой среднего (полного) общего образования (базовый уровень; 10-11 классы). В этих документах сформулированы цели изучения физики в старшей школе на базовом уровне:
освоение знаний о фундаментальных физических законах и принципах, лежащих в основе современной физической картины мира; наиболее важных открытиях в области физики, оказавших определяющее влияние на развитие техники и технологии; методах научного познания природы;
овладение умениями проводить наблюдения, планировать и выполнять эксперименты, выдвигать гипотезы и строить модели, применять полученные знания по физике для объяснения разнообразных физических явлений и свойств веществ; практического использования физических знаний;
развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе приобретения знаний и умений по физике с использованием различных источников информации, в том числе средств современных информационных технологий; формирование умений оценивать достоверность естественнонаучной информации;
воспитание убежденности в возможности познания законов природы; использования достижений физики на благо развития человеческой цивилизации; необходимости сотрудничества в процессе совместного выполнения задач, уважительного отношения к мнению оппонента при обсуждении проблем естественнонаучного содержания; готовности к морально-этической оценке использования научных достижений, чувства ответственности за защиту окружающей среды;
использование приобретенных знаний и умений для решения практических задач повседневной жизни, обеспечения безопасности собственной жизни.
Изучение физики в старшей школе на базовом уровне знакомит учащихся с основами физики и ее применениями, влияющими на развитие цивилизации. Понимание основных законов природы и влияния науки на развитие общества — важнейший элемент общей культуры.
Физика как учебный предмет важна и для формирования научного мышления, поскольку на примере физических открытий можно наглядно раскрыть основы научного метода познания. При этом целью обучения должно быть не заучивание фактов и формулировок, а понимание основных физических явлений и их связей с окружающим миром. Для этого нужно вовлекать ученика в процесс познания, учить его думать, сопоставлять, ставить вопросы, делать выводы. Для будущих гуманитариев это так же важно, как и для будущих «естественников».
Программа дает также возможность подготовиться к ЕГЭ по физике наиболее успевающим учащимся. С этой целью в приложении к программе разработан вариант календарно-тематического планирования, рассчитанный на 3 часа в неделю. Третий час в неделю (из школьного компонента) предлагается использовать в основном для решения задач и подготовки к ЕГЭ.
Эффективное изучение учебного предмета предполагает преемственность, когда постоянно привлекаются полученные ранее знания, устанавливаются новые связи в изучаемом материале. Это особенно важно учитывать при изучении физики на базовом уровне в старших классах, поскольку многие из изучаемых вопросов уже знакомы учащимся по курсу физики основной школы.
Следует учитывать, однако, что среди старшеклассников, выбравших изучение физики на базовом уровне, есть и такие, у кого были трудности при изучении физики в основной школе. Поэтому в данной программе предусмотрено повторение и углубление основных идей и понятий, изучавшихся в курсе физики основной школы.
Главное отличие курса физики старшей школы от курса физики основной школы состоит в том, что в основной школе изучались физические явления, а в старшей школе изучаются основы физических теорий и важнейшие их применения. При изучении каждой учебной темы надо сфокусировать внимание учащихся на центральной идее темы и ее практическом применении — только в этом случае будет достигнуто понимание темы и осознана ее ценность, как познавательная, так и практическая. Во всех учебных темах надо обращать внимание на взаимосвязь теории и практики.
Ниже кратко описаны центральные идеи каждой темы и «узловые моменты» изучения физики в каждом классе старшей школы.
В 10-м классе изучаются темы «Механика», «Молекулярная физика и термодинамика» и «Электростатика».
Центральной идеей темы «Механика» в старшей школе является основная задача механики — предсказание движения тела или системы тел по начальным условиям и силам, действующим на тела. Значение трех законов Ньютона и выражений для сил как раз и состоит в том, что их совместное использование позволяет в принципе решить основную задачу механики.
При этом учитывается и более высокий уровень математической подготовки учащихся: шире используются действия с векторными величинами, а также проекции векторов.
Рассказывая о применении классической механики, надо прежде всего сказать о ее триумфе — исключительно точном описании движения планет Солнечной системы. И сегодня классическую механику широко используют для расчета движений машин и механизмов — вплоть до траекторий космических кораблей.
В теме «Механика» изучаются также законы сохранения импульса и механической энергии. Использование только законов сохранения не решает основную задачу механики, но дает важные предсказания о движении тел, когда невозможно описать действующие на тела силы (например, при столкновениях).
Центральной идеей темы «Молекулярная физика» является связь между микроскопическими и макроскопическими параметрами (например, между средней кинетической энергией молекул и абсолютной температурой).
Изучение свойств вещества, состоящего из огромного числа частиц, оказалось весьма плодотворным — несмотря на то, что описать движение каждой частицы с использованием методов классической механики невозможно (прежде всего из-за огромного числа частиц). В этом состоит основное методологическое отличие молекулярной физики от классической механики. При этом используется идея усреднения — это первое знакомство учащихся с теорией вероятности, широко используемой не только в физике.
Важнейшим применением молекулярной физики стало объяснение и предсказание свойств вещества. В школьном курсе физике это количественно проиллюстрировано только на примере разреженных газов, но полезно привести хотя бы качественное рассмотрение свойств жидкостей и твердых тел в рамках представлений молекулярной физики.
Центральной идеей темы «Термодинамика» является частичное преобразование внутренней энергии в механическую. При изучении этой темы уместно (как оно и было в истории физики) начать с необходимости создания и усовершенствования тепловых двигателей и перейти к их роли в жизни современного общества.
Теоретической основой термодинамики являются понятие о тепловом равновесии, а также первый и второй законы термодинамики. При изучении первого закона надо указать, что он является обобщением уже известного учащимся закона сохранения механической энергии с учетом тепловых явлений. Важно подчеркнуть, что изменение внутренней энергии тела посредством совершения работы имеет важнейшее значение для газов, так как только они существенно изменяют объем. Это позволит понять, почему рабочим телом любого теплового двигателя является газ.
Значительное внимание надо уделить экологическим проблемам, связанным с работой огромного числа тепловых двигателей — загрязнению атмосферы продуктами сгорания топлива и «тепловому загрязнению».
Центральной идеей темы «Электростатика» является понятие электрического поля и свойства этого поля. Эта тема трудна для многих учащихся, поскольку электрические явления не так наглядны, чем механические и даже тепловые. Поэтому роль демонстраций в этой теме исключительно велика: даже простой опыт с визуализацией линий напряженности позволяет учащимся наглядно убедиться, что существует и то, что невидимо невооруженным глазом.
При введении основных характеристик электрического поля важно обратить внимание учащихся на то, что напряженность и разность потенциалов являются силовой и энергетической характеристиками поля.
В 11-м классе изучаются темы «Законы постоянного тока», «Магнитные взаимодействия», «Электромагнитное поле», «Оптика», «Кванты и атомы», «Атомное ядро и элементарные частицы», «Солнечная система» и «Звезды, галактики, Вселенная».
Тема «Законы постоянного тока» имеет выраженную практическую направленность. Ее центральной идеей является расчет простейших электрических цепей и мощности тока в элементах цепи. Надо познакомить учащихся с устройством электрической проводки в квартире и правилами безопасности при обращении с электроприборами. Теоретической основой этой темы являются закон Ома и закон Джоуля-Ленца, который является следствием закона сохранения энергии.
Эта тема является одной из немногих тем школьного курса, в которой есть большое число расчетных задач, поскольку в ней рассматриваются простые математические модели. Это следует использовать для обучения учащихся работе с математическими моделями и для лучшего понимания темы.
Тема «Магнитные взаимодействия» продолжает развивать понятие поля. Центральной ее идеей является то, что движущиеся заряженные частицы создают не только электрическое, но и магнитное поле, а также испытывают действие этого поля. Проводники, по которым текут токи, создают магнитное поле и испытывают его действие именно потому, что в них движутся заряженные частицы.
Тема «Электромагнитное поле» имеет в курсе физики старшей школы исключительно большое значение. На базовом уровне она изучается качественно, но и при этом надо сфокусировать внимание учащихся на центральной идее темы: переменные электрическое и магнитное поля взаимно порождают друг друга. Это приводит к огромному числу следствий и применений, главные из которых — явление электромагнитной индукции и существование электромагнитных волн. Практическую ценность того и другого переоценить трудно: на явлении электромагнитной индукции основана работа всех электростанций, а электромагнитные волны являются сегодня главным средством передачи информации на расстояние.
В теме «Оптика» рассматриваются геометрическая и волновая оптика. Это позволяет сопоставить рассмотрение световых явлений в рамках геометрической и волновой оптики. Это сопоставление и является центральной идеей темы. Его методологический смысл состоит в том, что одни и те же явления могут быть описаны с помощью различных теорий.
Центральной идеей темы «Кванты и атомы» является корпускулярно-волновой дуализм. Она развивается и углубляется от «ультрафиолетовой катастрофы» в первом параграфе темы до соответствия между классической и квантовой механикой в последнем параграфе.
Понятие о корпускулярно-волновом дуализме трудно дается учащимся, потому что оно не имеет аналога в сфере непосредственного опыта (по той же причине оно с трудом завоевывало признание и среди физиков). Поэтому очень важно рассмотреть большое число примеров, подтверждающих, что фотоны и электроны обладают как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Именно так и построено изложение этой темы.
В качестве одного из практических применений квантовой теории в программе выбраны лазеры: они применяются сегодня чрезвычайно широко — от лазерных фонариков до записи и чтения компакт-дисков и хирургических операций.
Центральной идеей темы «Атомное ядро и элементарные частицы» является ядерная энергетика, основанная на частичном превращении потенциальной энергии взаимодействия нуклонов в ядре во внутреннюю, а затем и в механическую энергию. Практическое применение рассмотрено на примере атомной электростанции.
При рассказе об элементарных частицах важно отметить, что исследования в области физики высоких энергий — это «передний фронт» современной физики, где и сегодня происходят новые открытия. Это подтверждает слова Эйнштейна «физика не является законченной книгой».
Тема «Солнечная система» развивает предыдущую тему, поскольку источником энергии Солнца являются термоядерные реакции. Именно эта идея и является центральной идеей темы.
При изучении планет важно обратить внимание на то, что они делятся на две группы — планеты земной группы и планеты-гиганты, причем планеты каждой группы имеют много общего.
Темой «Звезды, галактики, Вселенная» легко увлечь учащихся: рассматриваемые вопросы поражают воображение. Центральной идеей этой темы является идея эволюции — как звезд, так и Вселенной в целом, подтвержденная многочисленными опытами и наблюдениями. Она опровергает существовавшее веками представление о «неизменных звездах» и «вечной и бесконечной Вселенной», что является еще одним ярким подтверждением процитированных выше слов Эйнштейна.
Предлагаемая программа реализуется с помощью учебно-методических комплектов (УМК).
УМК для каждого класса состоит из:
учебника;
задачника;
методических материалов для учителя;
сборника самостоятельных работ;
сборника контрольных работ;
тетради для лабораторных работ.
компакт-диска с анимацией и видеофрагментами.
ПРОГРАММА КУРСА физикИ
старшей школы
(базовый уровень)
10 КЛАСС
(70 часов в год, 2 часа в неделю)
Физика и научный метод познания
(2 ч)
Что и как изучает физика? Научный метод познания. Наблюдение, научная гипотеза и эксперимент. Научные модели и научная идеализация. Границы применимости физических законов и теорий. Принцип соответствия. Современная физическая картина мира. Где используются физические знания и методы?
МЕХАНИКА (31 ч)
1. Кинематика (9 ч)
Система отсчета. Материальная точка. Когда тело можно считать материальной точкой? Траектория, путь и перемещение.
Мгновенная скорость. Направление мгновенной скорости при криволинейном движении. Векторные величины и их проекции. Сложение скоростей. Прямолинейное равномерное движение.
Ускорение. Прямолинейное равноускоренное движение. Скорость и перемещение при прямолинейном равноускоренном движении.
Криволинейное движение. Движение тела, брошенного под углом к горизонту. Равномерное движение по окружности. Основные характеристики равномерного движения по окружности. Ускорение при равномерном движении по окружности.
Демонстрации:
Зависимость траектории от выбора системы отсчета.
Лабораторные работы
1. Измерение ускорения тела при равноускоренном движении.
2. Изучение движения тела, брошенного горизонтально.
2. Динамика (13 ч)
Закон инерции и явление инерции. Инерциальные системы отсчета и первый закон Ньютона. Принцип относительности Галилея.
Место человека во Вселенной. Геоцентрическая система мира. Гелиоцентрическая система мира.
Взаимодействия и силы. Сила упругости. Закон Гука. Измерение сил с помощью силы упругости.
Сила, ускорение, масса. Второй закон Ньютона. Примеры применения второго закона Ньютона. Третий закон Ньютона. Примеры применения третьего закона Ньютона.
Закон всемирного тяготении. Гравитационная постоянная. Сила тяжести. Движение под действием сил всемирного тяготения. Движение искусственных спутников Земли и космических кораблей. Первая космическая скорость. Вторая космическая скорость.
Вес и невесомость. Вес покоящегося тела. Вес тела, движущегося с ускорением.
Силы трения. Сила трения скольжения. Сила трения покоя. Сила трения качения. Сила сопротивления в жидкостях и газах.
Демонстрации:
Явление инерции.
Сравнение масс взаимодействующих тел.
Второй закон Ньютона.
Измерение сил.
Сложение сил.
Зависимость силы упругости от деформации.
Силы трения.
Лабораторные работы
3. Определение жесткости пружины.
4. Определение коэффициента трения скольжения.
3. Законы сохранения в механике (9 ч)
Импульс. Закон сохранения импульса. Реактивное движение. Освоение космоса.
Механическая работа. Мощность. Работа сил тяжести, упругости и трения.
Механическая энергия. Потенциальная энергия. Кинетическая энергия. Закон сохранения энергии.
Демонстрации:
Реактивное движение.
Переход потенциальной энергии в кинетическую и обратно.
Лабораторные работы
5. Изучение закона сохранения механической энергии.
4. Механические колебания и волны1
Механические колебания. Свободные колебания. Условия возникновения свободных колебаний. Гармонические колебания.
Превращение энергии при колебаниях. Вынужденные колебания. Резонанс.
Механические волны. Основные характеристики и свойства волн. Поперечные и продольные волны.
Звуковые волны. Высота, громкость и тембр звука. Акустический резонанс. Ультразвук и инфразвук.
Демонстрации:
Колебание нитяного маятника.
Колебание пружинного маятника.
Связь гармонических колебаний с равномерным движением по окружности.
Вынужденные колебания. Резонанс.
Образование и распространение поперечных и продольных волн.
Волны на поверхности воды.
Зависимость высоты тона звука от частоты колебаний.
Зависимость громкости звука от амплитуды колебаний.
Лабораторные работы
6. Измерение ускорения свободного падения с помощью маятника.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА (22 ч)
5. Молекулярная физика (12 ч)
Основные положения молекулярно-кинетической теории. Основная задача молекулярно-кинетической теории. Количество вещества.
Температура и ее измерение. Абсолютная шкала температур.
Газовые законы. Изопроцессы. Уравнение состояния газа. Уравнение Клапейрона. Уравнение Менделеева—Клапейрона.
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Абсолютная температура и средняя кинетическая энергия молекул. Скорости молекул.
Состояния вещества. Сравнение газов, жидкостей и твердых тел. Кристаллы, аморфные тела и жидкости.
6. Термодинамика (10 ч)
Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии. Количество теплоты. Первый закон термодинамики.
Тепловые двигатели. Холодильники и кондиционеры.
Второй закон термодинамики. Необратимость процессов и второй закон термодинамики. Экологический и энергетический кризисы. Охрана окружающей среды.
Фазовые переходы. Плавление и кристаллизация. Испарение и конденсация. Кипение.
Влажность, насыщенный и ненасыщенный пар.
Демонстрации:
Механическая модель броуновского движения.
Изопроцессы.
Кипение воды при пониженном давлении.
Устройство психрометра и гигрометра.
Явление поверхностного натяжения жидкости.
Кристаллические и аморфные тела.
Объемные модели строения кристаллов.
Модели тепловых двигателей.
Лабораторные работы
7. Изучение одного из изопроцессов.
8. Проверка уравнения состояния идеального газа.
9. Измерение относительной влажности воздуха.
10. Определение коэффициента поверхностного натяжения.
ЭЛЕКТРОСТАТИКА
(10 ч)
7. Электрические взаимодействия
Природа электричества. Роль электрических взаимодействий. Два рода электрических зарядов. Носители электрического заряда.
Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона. Электрическое поле.
8. Свойства электрического поля
Напряженность электрического поля. Линии напряженности.
Проводники и диэлектрики в электростатическом поле.
Потенциал электростатического поля и разность потенциалов. Связь между разностью потенциалов и напряженностью электростатического поля.
Электроемкость. Конденсаторы. Энергия электрического поля.
Демонстрации:
Электрометр.
Проводники в электрическом поле.
Диэлектрики в электрическом поле.
Энергия заряженного конденсатора.
Резерв учебного времени — 5 часов
11 КЛАСС
(70 часов)
ЭЛЕКТРОДИНАМИКА (37 ч)
1. Законы постоянного тока (10 часов)
Электрический ток. Источники постоянного тока. Сила тока. Действия электрического тока.
Сопротивление и закон Ома для участка цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников. Измерения силы тока и напряжения.
Работа тока и закон Джоуля-Ленца. Мощность тока.
ЭДС источника тока. Закон Ома для полной цепи. Передача энергии в электрической цепи.
2. Магнитные взаимодействия (5 ч)
Взаимодействие магнитов. Взаимодействие проводников с токами и магнитов. Взаимодействие проводников с токами. Связь между электрическим и магнитным взаимодействиями. Гипотеза Ампера.
Магнитное поле. Магнитная индукция. Действие магнитного поля на проводник с током и на движущиеся заряженные частицы.
Демонстрации:
Магнитное взаимодействие токов.
Отклонение электронного пучка магнитным полем.
Магнитная запись звука.
Лабораторные работы
1. Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.
2. Наблюдение действия магнитного поля на проводник с током.
3. Электромагнитное поле (10 ч)
Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Явление самоиндукции. Индуктивность. Энергия магнитного поля.
Производство, передача и потребление электроэнергии. Генератор переменного тока. Альтернативные источники энергии. Трансформаторы.
Электромагнитные волны. Теория Максвелла. Опыты Герца. Давление света.
Передача информации с помощью электромагнитных волн. Изобретение радио и принципы радиосвязи. Генерирование и излучение радиоволн. Передача и прием радиоволн. Перспективы электронных средств связи.
Демонстрации:
Зависимость ЭДС индукции от скорости изменения магнитного потока.
Свободные электромагнитные колебания.
Осциллограмма переменного тока.
Генератор переменного тока.
Излучение и прием электромагнитных волн.
Отражение и преломление электромагнитных волн.
Лабораторные работы
3. Изучение явления электромагнитной индукции.
4. Изучение устройства и работы трансформатора.
4. Оптика (12 ч)
Природа света. Развитие представлений о природе света. Прямолинейное распространение света. Отражение и преломление света.
Линзы. Построение изображений в линзах. Глаз и оптические приборы.
Световые волны. Интерференция света. Дифракция света. Соотношение между волновой и геометрической оптикой.
Дисперсия света. Окраска предметов. Инфракрасное излучение. Ультрафиолетовое излучение.
Демонстрации:
Интерференция света.
Дифракция света.
Получение спектра с помощью призмы.
Получение спектра с помощью дифракционной решетки.
Поляризация света.
Прямолинейное распространение, отражение и преломление света.
Оптические приборы.
Лабораторные работы
5. Определение показателя преломления стекла.
6. Наблюдение интерференции и дифракции света.
КВАНТОВАЯ ФИЗИКА (19 ч)
5. Кванты и атомы (9 часов)
Равновесное тепловое излучение. Ультрафиолетовая катастрофа. Гипотеза Планка. Фотоэффект. Теория фотоэффекта. Применение фотоэффекта.
Опыт Резерфорда. Планетарная модель атома. Постулаты Бора. Атомные спектры. Спектральный анализ. Энергетические уровни. Лазеры. Спонтанное и вынужденное излучение. Применение лазеров.
Элементы квантовой механики. Корпускулярно-волновой дуализм. Вероятностный характер атомных процессов. Соответствие между классической и квантовой механикой.
6. Атомное ядро и элементарные частицы (10 часов)
Строение атомного ядра. Ядерные силы.
Радиоактивность. Радиоактивные превращения. Ядерные реакции. Энергия связи атомных ядер. Реакции синтеза и деления ядер.
Ядерная энергетика. Ядерный реактор. Цепные ядерные реакции. Принцип действия атомной электростанции. Перспективы и проблемы ядерной энергетики. Влияние радиации на живые организмы.
Мир элементарных частиц. Открытие новых частиц. Классификация элементарных частиц. Фундаментальные частицы и фундаментальные взаимодействия.
Демонстрации:
Фотоэффект.
Линейчатые спектры излучения.
Лазер.
Счетчик ионизирующих частиц.
Лабораторные работы
7. Наблюдение сплошного и линейчатого спектров.
8. Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям.
9. Моделирование радиоактивного распада.
СТРОЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ
(7 ч)
7. Солнечная система
Размеры Солнечной системы. Солнце. Источник энергии Солнца. Строение Солнца.
Природа тел Солнечной системы. Планеты земной группы. Планеты-гиганты. Малые тела Солнечной системы. Происхождение Солнечной системы.
8. Звезды, галактики, Вселенная
Разнообразие звезд. Расстояния до звезд. Светимость и температура звезд. Судьбы звезд. Эволюция звезд разной массы.
Наша Галактика — Млечный путь. Другие галактики.
Происхождение и эволюция Вселенной. Разбегание галактик. Большой взрыв. Будущее Вселенной.
Подготовка к итоговому тематическому оцениванию — 4 часа
Резерв учебного времени — 3 часа
КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ1
10 класс
(70 часов, 2 ч в неделю)
Физика и научный метод познания
(2 ч)
№
п/п
|
Тема урока
|
Дата
проведения
|
Параграф
|
1/1
|
Физика и научный метод познания
|
|
Введение
|
2/2
|
Применение физических открытий
|
|
Введение
| |
