KÖZÉPISKOLAI FIZIKA ÁLTALÁNOS TANTERV Az általános fizika tantervet alapvetően a középiskolák 9., 10. és 11. osztályai számára készítettük, mindhárom évben heti 2 órás keretben, ami összesen 3 74 =222 tanítási órát jelent. Az iskolák helyi tantervei alapján ettől mind a korosztályokat, mind az óraszámokat illetően lehetséges eltérni. A tananyagot összesen hat témakörre bontottuk, minden tanévben két témakör kerül feldolgozásra: 9. osztály: 1. témakör: Mozgások (44 óra) 2. témakör: Energia (30 óra) 10. osztály: 3. témakör: Elektromosság (50 óra) 4. témakör: Környezeti fizika (24 óra) 11. osztály: 5. témakör: Kommunikáció, információ, sugárzás (50 óra) 6. témakör: Csillagászat (24 óra) Minden témakört számozott fejezetekre bontottunk, és az egyes fejezeteket alfejezetekre, melyeket nevezzünk tanítási egységeknek (ezeket már nem számoztuk külön). Egy tanítási egység jelenthet egy tanítási órát, de a tanulóktól, illetve a tanár elképzelésétől, lehetőségeitől függően egy tanítási egységet kettő-három órában is meg lehet valósítani. Az általános tantervre (a humánnal megegyezően) jellemző, hogy a tanítási egységek ugyan logikus sorrendet alkotnak, de közöttük sokszor nincs alapvető egymásra épülés, ezért egyes tanítási egységeket tanári döntés alapján elhagyhatunk, illetve a humán és a reál tantervből más alfejezeteket átvehetünk, és az általános tantervbe beépíthetünk. Az általános tanterv felépítése majdnem pontosan megegyezik a humán tantervvel, egyetlen új fejezet került csak be új anyagként (sztatika: A mozdulatlanság feltételei címmel a mechanika anyagba, vagyis a Mozgások témakörbe került). A humán tanterv témaköreiből megőrzött fejezetekben a tartalom csak kismértékben bővült. Mindezzel lehetségessé válik az átjárhatóság a humán és az általános tanterv szerint tanuló csoportok között, ha az iskola az órarendi és csoportszervezési egyéb feltételeket ehhez lehetővé teszi. A lényeges különbség az általános tanterv és a humán tanterv között az, hogy a magasabb óraszám az általános tanterv szerint tanulók számára biztosítja, hogy megfelelő mennyiségben számítási feladatokat is elvégezhessenek, vagyis a legtöbb témakörben nemcsak kvalitatív ismeretekre tegyenek szert, hanem tudásukat kvantitatív módon is elmélyíthessék. A megfelelő szintű matematikai alapozás lehetővé teszi az általános tanterv szerint tanulók számára azt, hogy a siker reményében jelentkezzenek a középszintű fizika érettségi letételére. Az általános tanterv önmagában nem készít fel a középszintű fizika érettségire, csak megalapozza ehhez a tanulók tudását, a sikeres középszintű érettségihez külön érettségi felkészítő foglalkozásokra van szükség. Az általános fizika tanterv magasabb óraszáma lehetőséget biztosít arra is, hogy a diákokkal csoportmunkában áltudományos tévképzeteket oszlassunk el. Ezek a javasolt tevékenységek között szerepelnek. 137
9. osztály: A 9. osztály tananyaga két témakörre oszlik ( Mozgások és Energia ), melyek tárgyalását hat, illetve öt fejezetre osztva javasoljuk. A feldolgozott tartalmakat és kompetenciafejlesztési célokat az egyes témakörök előtt adjuk meg részletesen. 1. témakör: Mozgások (44 óra) 1. fejezet: Közlekedés 2. fejezet: A tömegvonzás 3. fejezet: Tájékozódás égen-földön 4. fejezet: Munka, energia, teljesítmény 5. fejezet: A mozdulatlanság feltételei 6. fejezet: Rezgések, hullámok 2. témakör: Energia (30 óra) 1. fejezet: Energia nélkül nem megy 2. fejezet: A Nap 3. fejezet: Energia-átalakító gépek 4. fejezet: Atomenergia 5. fejezet: Hasznosítható energia 138
1. témakör: Mozgások (44 óra) Feldolgozott tartalmak és fejlesztendő kompetenciák: A témakörben feldolgozott ismeretek, jelenségek lefedik a mechanika: tömegpont kinematikája, dinamikája, munka, energia, statika, mechanikai rezgések, hullámok területeket. A mechanika segít az oksági gondolkodás kialakításában és megerősítésében. Ez a fejezet alapozza meg a jelenségek időbeli lefolyásának függvényekkel való leírását. A mindennapjainkban előforduló jelenségek (közlekedés, sport stb.) vizsgálatából kiindulva vezetjük be a fizikai fogalmakat, fogalmazzuk meg a törvényeket. A mindennapi életünkből vett modern technikai eszközök (ABS, GPS stb.) megismerése is segíti a helyes fizikai világkép kialakulását. A bevezetett fizikai fogalmak, leírt természeti jelenségek, megismert törvényszerűségek, megértett alkalmazások is hozzájárulnak a természettudományos kompetencia fejlesztéséhez. A javasolt tevékenységek között kiemelt helyen van az internet, ami a digitális kompetenciák fejlődését segítik. A világhálón tanári útmutatás alapján a legkülönbözőbb problémákhoz keresnek a diákok leírásokat, adatokat. Az adat- és információkeresés több területet céloz meg: fizika, technika, sport, biológia stb. A munka közben a diákok kritikai képességei fejlődnek, a projektmunkák elkészítése során az anyanyelvi kompetenciájuk erősödik. A csoportmunkák során a diákok vitakultúrája, empátiája nőhet. A közlekedéssel kapcsolatos problémák felvetése alternatív megoldások megismerését teszi lehetővé, egyéni álláspontok kialakításra ösztönöz. A sok, életközeli kérdésfelvetés a tanulókat közelebb viszi a technikai eszközökhöz. A környezettudatos, a természet épségét óvó magatartás kialakítása a cél. A feldolgozás módja segíti a diákokat abban, hogy a modern technológiákat a környezet lehetőségeivel összhangban használhassák, és így a gazdasági élet tudatosabb szereplőivé váljanak. A tananyagban található számolási feladatok, valamint adatgyűjtéssel és elemzéssel kapcsolatos feladatok fejlesztik az elemző, előítélet-mentes és kritikus gondolkodásmódot, támogatják a matematikai kompetenciák fejlődését. A hétköznapjainkban megjelenő technikai eszközök működésén túl olyan természeti jelenségeket is megismernek a diákok, amelyek várhatóan nagy érdeklődést keltenek. Ennek kapcsán az önálló tanulás is motiválva van. Témák, problémák, fogalmak Követelmények, fejlesztendő Javasolt tevékenységek Kapcsolatok 139
1. fejezet: Közlekedés Mozgó járművek kompetenciák A tanuló ismerje a kinematikai és dinamikai alapfogalmakat és törvényeket! A természettudományos világkép fejlesztése az oksági, valamint a kölcsönhatásban való gondolkodással kezdődik. Ismeretterjesztő DVD megtekintése a fejezet legfontosabb tartalmaival kapcsolatban. (Autó haladása, gyorsítása, fékezése, kanyarodása. Közlekedésbiztonsági és kényelmi eszközök.) az általános iskolában megismert kinematikai fogalmak. Technika: közlekedési eszközök. Járművek sebessége, gyorsítása, fékezése. Hány másodperc alatt éri el az autó a 100 km/h sebességet? Kinematikai alapfogalmak: tömegpont, vonatkoztatási rendszer, pálya, út, elmozdulás, sebesség, átlagsebesség, gyorsulás. Mozgásgrafikonok készítése, elemzése. Hogyan függ a fékút hossza a kezdősebességtől, illetve az útviszonyoktól? Egyszerű példákon tudja értelmezni a mozgás viszonylagosságát! Ismerje a sebesség és a gyorsulás fogalmát, jelentését. Ismerje a sebesség különböző mértékegységeit és átváltásait. Legyen képes út-idő és sebesség-idő grafikonokat készíteni, elemezni, abból a mozgás lefolyására következtetni. Ki tudja számítani az egyenes vonalú egyenletes mozgás esetében a sebességet, az utat, illetve a mozgás idejét a többi mennyiség ismeretében. Ismerje a sebesség és a gyorsulás fogalmak közötti különbséget. Képes legyen gyorsuló mozgások elemzésére a fogalmak helyes használatával. Ismerje a gyorsulás mértékegységét. Ismerje a féktávolság függését a sebességtől. Járművek mozgásának megfigyelése, leírása. Érdekes sebességadatok gyűjtése az interneten, számolása: autók, focilabda, teniszlabda, jégkorong, sportolók. Gyűjtőmunka: érdekes sebességek az állatvilágban. Mérés Mikola csővel. Megfigyelés: ejtőzsinór. A négyzetes úttörvény vizsgálata. Sebességrekordok gyűjtése. Út-idő és sebességidő grafikonok készítése, elemzése. Egyszerű számításos feladatok megoldása. Matematika: függvény fogalma, grafikus ábrázolás, egyenletrendezés. Internet: gyűjtőmunka. Technikai eszközök: járművek legnagyobb sebességei. Testnevelés, sport: érdekes sebességadatok. Biológia: élőlények mozgása, sebességei. Közlekedési szabályok. 140
Közlekedjünk takarékosan, kényelmesen, biztonságosan! Milyen hosszú legyen a közlekedési lámpa sárga jelzése? A reakcióidő és féktávolság kapcsolata. Melyik a takarékos közlekedés: egyenletesen haladni vagy maximálisan felgyorsulni, azután vészfékezni? Közlekedjünk kényelmesen, biztonságosan: a tempomat, a távolságtartó radar, a tolató radar leírása. A közlekedésbiztonság növelése: gyűrődési zóna, légzsák. Az energiatakarékos közlekedés egyben a környezettudatos, a természet épségét óvó magatartást is kialakítja. Képes legyen féktávolság kiszámítására. Tudja alkalmazni, hogy a sebesség-idő grafikon alatti terület számértéke a megtett utat adja. Ismerje a takarékos közlekedés technikáit! Tudja eldönteni, hogy melyik vezetési stílus a gazdaságosabb. Képes legyen egyszerű számításokat elvégezni az adott témakörben. Legyen képes megnevezni a közlekedésbiztonsági eszközöket. Interneten való adatgyűjtés után vitassák meg, hogy legfeljebb mekkora lehet egy sikeres teniszező reakcióideje? Projektmunka: a közlekedési lámpa sárga jelzése. Közlekedéstechnikai eszközök működési elvének megismerése. Egyszerű számításos feladatok megoldása. Mozgásgrafikonok vizsgálata. kinematikai ismeretek alkalmazása. Internet: adatgyűjtés. Biológia: reakcióidő. Közgazdaságtan: takarékosság. Környezetvédelem. Közlekedési szabályok: közúti sebességhatárok. Technikai eszközök. Matematika: függvény fogalma, grafikus ábrázolás, egyenletrendezés. Gyorsítsuk az autót! (erők világa) Az erő fogalma, mérése. Newton törvényei Inercia-rendszer. Milyen erők hatnak a járműre az egyenes úton? Milyen erők hatnak a jármű utasára? Speciális erőhatások (nehézségi erő, nyomóerő, fonálerő, súlyerő, súrlódási erők, rugóerő) Súlytalanság állapota. Ismerje fel a mechanikai kölcsönhatásokban fellépő erőket! Ismerje az erő egységét! Tudja megfogalmazni Newton törvényeit! Tudjon példát és ellenpéldát inerciarendszerre! Tudjon eredő erőt szerkeszteni, számolni. Ismerje a test súlya és a tömege közötti különbséget. Ismerje a súrlódás Tudománytörténeti kutatómunka: Galilei és Newton munkásságának megismerése. Mérési feladat: a rugóban ébredő erő függése a rugó feszítettségétől. Tapadási és csúszási súrlódási együttható mérése egyszerű eszközökkel. 141 Egyszerű számításos feladatok megoldása. Internet, könyvtár: adatgyűjtés. Matematika: vektorok, művetek vektorokkal, egyenletrendezés. Technikai eszközök kinematikai ismeretek alkalmazása.
hatását mozgásoknál. Ismerje a súrlódási erő nagyságát befolyásoló tényezőket. Értse a tapadási és a csúszási súrlódási erők közötti különbséget. Kísérlet: A súlytalanság állapotának létrehozása egyszerű eszközökkel a tanteremben. Vigyázz, kanyar! Mekkora sebességgel érdemes egy kanyarba behajtani? A forma1-es autózás érdekességei: miért vastagok a kerekek, miért alacsony az autó, miért fárad el a sofőr nyaka? A közlekedésbiztonság növelése: ABS, kipörgésgátló. Az egyenletes körmozgást leíró kinematikai jellemzők. Az egyenletes körmozgás dinamikai feltétele. 2. fejezet: A tömegvonzás Tudja, hogy kisebb sugarú kanyarban, illetve csúszósabb úton csökkenteni kell a jármű sebességét! Ismerje az egyenletes körmozgást leíró kinematikai jellemzőket: pályasugár, kerületi sebesség, (fordulatszám, keringési idő, szögsebesség), centripetális gyorsulás. Legyen ismerete arról, hogy a technikai sportok eredményeinek hátterében a tudomány áll! Ismerje a közlekedésbiztonsági eszközöket. Csoportmunka: A tapadás és a kanyar kinematikai és sugarának birtokában dinamikai ismeretek tegyünk ajánlást a mélyítése. legnagyobb, még biztonságos sebességre! Matematika: Milyen lehetőségek egyenletrendezés. vannak a sebesség növelésére? Kutatómunka: ismerjük meg a forma1-es műhelyeket, technikákat. Egyszerű számításos feladatok megoldása. Csoportmunka: Állandó nagyságú sebességgel mozog egy jármű, vízszintes úton, völgy aljában, dombtetőn. Mekkora a jármű súlya a három esetben? Milyen feltétel mellett lesznek a jármű utasai a súlytalanság állapotában? A tömegvonzási Ismeretterjesztő DVD törvény megismerése megtekintése a tovább mélyíti az fejezet legfontosabb oksági gondolkozást, tartalmaival fejleszti a kapcsolatban. természettudományos kompetenciát. 142 Technika: közlekedésbiztonsági eszközök. kinematikai és dinamikai ismeretek. Földrajz: a Föld forgástengelye, a
Eső testek hosszúsági és szélességi körök rendszere. Ejtési kísérlet (tanulói mérés): Kisméretű és nagyméretű labdák esési idejének mérése különböző magasságokból. A mérési adatok egyszerű elemzése. A nehézségi gyorsulás: g. A g függ a helytől! Az ejtőernyős mozgása a közegellenállási erő. Newton tömegvonzási törvénye. Legyen képes időtartamok mérésére, adatok rendszerezésére! Ismerje a szabadesés fogalmát. Ismerje a nehézségi gyorsulás közelítő értékét! Ismerje a nehézségi gyorsulás nagyságát meghatározó tényezőket. Ismerje, hogy a közegellenállási erő mitől függ. Ismerje a két test között ható Newtonféle tömegvonzási törvényt! Videofilm: acélgolyó és tollpihe esése vákuumcsőben, illetve a Holdon. Tanulói mérés: ejtési kísérlet Mérjük meg társunk reakcióidejét egy vonalzóval! Tudománytörténeti kutatómunka: Eötvös Loránd tevékenysége. Verseny a diákok közt: Alakítsunk minél lassabban, illetve gyorsabban eső struktúrát egy adott méretű papírlapból. Projektmunka: különböző méretű golyók esési sebességének elméleti és gyakorlati vizsgálata. Melyik golyónak nagyobb az állandósult esési sebessége? Egyszerű számításos feladatok megoldása. kinematikai fogalmak és a dinamika törvényeinek mélyítése. Matematika: egyenletrendezés; táblázat, grafikon készítése. Biológia: reakcióidő. Internet, könyvtár: tudománytörténeti kutatás. Földrajz: a Föld forgástengelye, a hosszúsági és szélességi körök rendszere. 143
Készítsünk rakétát! Rakéták készítése, működtetése. Rakéták működési elve. Mire használhatók a rakéták? Miért költ olyan sok pénzt űrhajózásra néhány ország? A lendület fogalma, a lendület-megmaradás törvénye, zárt rendszer. Legyen ötlete arra, Ismeretterjesztő film hogyan lehet egyszerű megtekintése a rakétát készíteni! rakétákról. Ha a lehetőségek megengedik, akár Gyakorlati feladat: projektmunkaként vizes rakéta készítése készítsen és és kilövése a működtessen rakétát! szabadban. Rakéta Ismerje a lendület készítése kólából, fogalmát, valamint a teafilterből, lendület-megmaradás szódapatronból stb. törvényét! Ismerje a rakéták A rakétahatás alkalmazási területeit! elemzése konkrét Legyen ismerete arról, hogy egyes gazdag országok sok pénzt áldoznak az űrhajózásra. Egyszerű számításos feladatok megoldása. példákon keresztül. A medúza úszása. Gyűjtőmunka az internetről: rakéták alkalmazásai. Kutatómunka: Milyen jellegű űrmissziók voltak eddig az emberiség történetében? Gagarin, Farkas Bertalan szerepe. Mikortól számítható az űrkorszak? Mik a további tervek? Technikai eszközök: rakéták, harcászati rakéták alkalmazása. Biológia: állatok mozgásának elemzése (pl.: medúza). Űrkutatás: az űrhajózás célja. Matematika: egyenletrendezés. 144
Műholdak Mi a műholdak szerepe a mindennapjainkban? Geoszinkron (geostacionárius) műholdak szerepe a távközlésben, televíziós csatornák működésében. Nem geostacionárius műholdak (kémműholdak). Milyen pályán mozoghatnak a műholdak? Mekkora sebességgel mozognak a műholdak? Kozmikus sebességek: körsebesség, szökési sebesség. Tudja, mit nevezünk műholdnak! Legyen ismerete arról, milyen típusú műholdak könnyítik meg életünket? Tudja, hogy különböző célú műholdak vannak, ezeket fel tudja sorolni, mint csillagászati, felderítő, időjárásjelző, helyzetmeghatározó (GPS), távközlési stb. A műholdak vizsgálata kapcsán képes legyen kiszámítani az egyenletes körmozgás jellemző mennyiségeit. Kutatómunka: Milyen típusú műholdak könnyítik meg életünket? Gyűjtőmunka az internetről: konkrét műholdak pályáinak jellemzői. Milyen távol vannak a Földtől? Mely országok rendelkeznek műholddal? (Mekkora ezekben az országokban az egy főre jutó GDP? Mely égitestek körül vannak műholdak? Milyen céllal?) A körmozgás kinematikai és dinamikai leírásának elmélyítése egyszerű számításos feladatok megoldásán keresztül. egyenletes körmozgás kinematikája, dinamikája. Technika: távközlés. Földrajz: a Föld forgástengelye, a hosszúsági és szélességi körök rendszere, 1 nap hossza. Matematika: egyenletrendezés. 3. fejezet: Tájékozódás égenföldön Hol vagyunk a Földön? A navigációs lehetőségek megismerése elősegíti az eligazodást az információs társadalomban. A tanuló rendszerben való gondolkozásának erősítése történik. Ismeretterjesztő DVD megtekintése, ami áttekinti a fejezet lényegét. Földrajz: a hosszúsági és szélességi körök rendszere. Tájékozódás a földgömbön: Európa, hazánk, lakóhelyünk. Miért hasznos a Föld hosszúsági és szélességi köreinek rendszere? Földrajzi helymeghatározás a Ismerje a hosszúsági és szélességi körök rendszerét, nevezetes hosszúsági és szélességi köröket! Tudja, Európa hol helyezkedik el a Földön, hazánk hol helyezkedik el Európában? Térképek, illetve földgömb tanulmányozása. Kontinensek, nevezetes nagyvárosok, földrajzi helyek meghatározása a földrajzi 145 Földrajz: a hosszúsági és szélességi körök rendszere. kinematikai alapfogalmak. Csillagászat:
Nap segítségével Mérjünk GPS-szel helyet, időt, sebességet! Tájékozódás égenföldön Hogy jutunk el A-ból B-be? Mit látunk az égbolton? A Google Earth és a Google Sky bemutatása, használata Képes legyen a koordináták alapján helyek megtalálására a térképen! Képes legyen a földgömb két pontja közötti távolságot a koordináták ismeretében kiszámolni! Ismerje a földrajzi helymeghatározás egyszerű módját a Nap segítségével! Legyen képes a kinematikai alapfogalmak (hely, koordináták, sebesség) alkalmazására egyszerű számításos feladatok megoldásában. Legyen elképzelése a GPS működéséről! Tudja értelmezni a GPS adatait! Legyen elképzelése arról, hogy mire használhatók a Google Earth, Google Sky programok! Legyen jártas a koordinátarendszerek használatában! Ismerjen néhány csillagászati alapfogalmat! Tudja, hogy a Sarkcsillag helye miért nem változik az égbolton! (Milyen koordinátarendszerben (pl.: csoportmunka vagy vetélkedő időre) Kiscsoportos projektmunka: Függőlegesen álló pálca (gnómon) árnyékának segítségével a Nap helyi delelésének szöge és ideje meghatározható, amiből következtethetünk az adott hely szélességi és hosszúsági körére. Projektmunka: Eratoszthenész mérésének megismétlése, a Föld kerületének meghatározása. Távolságmérés a Google Earth segítségével a földrajzi koordinátákból. Egyéni vagy csoportos mérési feladat: mérjünk, helyet, időt, sebességet GPSszel! a Naprendszer szerkezete. Matematika: alapműveletek számokkal, szögekkel, egyenletrendezés. Technikai eszközök: GPS. Tanulói projektmunka: Földrajz: A Google Earth és a térképismeret. Google Sky programok Csillagászat: segítségével: nevezetesebb Keressen meg adott csillagképek. helyeket, és olvassa le a helyek Matematika: koordinátáit! alapműveletek. Tervezzen egy hosszabb körutazást! Készítsen erről prezentációt! Keresse meg az ismertebb csillagképeket. 146
Égitestek mozgása a Naprendszerben periódusok jellemzik a Föld tengelyének Otthoni megfigyelés: pozícióját az ekliptika Ha lehetőség van rá, síkjához képest?) a szabad égbolton is Ismerjen néhány figyeljük meg, amit a csillagképet (Kis Google Sky-on látott. Medve, Orion, Cefeusz, Hattyú, stb.) Hol a helyünk a Naprendszerben? A Naprendszer bemutatása. Hogyan mozognak a bolygók a Nap körül? A Naprendszer felfedezése. Hogyan mozog a Hold, miért látjuk mindig ugyanazon oldalát? Mi a fogyatkozások (bolygófedések, Nap előtti átvonulások) oka? Hogyan mozognak az üstökösök, meteorok? A bolygómozgás Kepler-féle törvényei. Miért vannak a napszakok, évszakok? A mozgásból származó jelenségek az égitesteken. Tudja felsorolni a Naprendszer bolygóit! Ismerje a bolygók mozgását a Földről nézve. Ismerje a mozgást értelmező legfontosabb modelleket: geocentrikus világkép (Ptolemaiosz modellje), heliocentrikus világkép (Kopernikusz), a nagy csillagász megfigyelései (Tycho de Brahe), Kepler modellje. Ismerje az egyes elképzeléseket megalapozó legfontosabb feltevéseket, azok tudománytörténeti vonatkozásait. Tudja megfogalmazni és értse a bolygómozgás Kepler-féle törvényeit! Legyen képes megmagyarázni a Hold Föld körüli mozgása alapján a Hold fázisait, a fogyatkozásokat. A Hold tengelykörüli forgásának és keringésének kapcsolatát. Legyen ismerete arról, hogy az üstökösök és Planetárium meglátogatása. Érdekes sebességértékek kiszámítása: a Föld sebessége a Nap körül, Hold sebessége a Föld körül, a Föld tengelyforgásából származó sebessége az Egyenlítő mentén és Budapesten stb. Más bolygók érdekes mozgásadatainak tanulmányozása (keringési idő, sebesség, a Naptól mért távolság), kapcsolatok keresése. A Nap körüli bolygómozgás modellezése gumilepedővel. Egyszerű égbolt készítése gömblombik segítségével. Kutatómunka: Hell Miksa és Sajnovics János Vardö-szigeti expedíciója Vénuszátvonulás, a teljes napfogyatkozások szerepe a történelemben. A meteorrajok és az 147 kinematikai alapfogalmak. Csillagászat: a Naprendszer szerkezete, az égitestek mozgása. Földrajz: a Föld forgása. Technikai eszközök: távcső.
4. fejezet: Munka, energia, teljesítmény Munka, energia meteorok pályája elnyúlt ellipszis. Ismerje a napszakok, évszakok magyarázatát. üstökösök kapcsolata. Nagy meteorhullás megfigyelések a történelemben. Mely bolygókon vannak évszakok. Az energia Ismeretterjesztő DVD fogalmának mélyítése megtekintése, ami a természettudományos kompetenciát lényegét. áttekinti a fejezet erősíti, valamint segít eligazodni a technikai környezetünkben. kinematikai és dinamikai ismeretek. Technika: járművek, gépek. Mechanikai munka fogalma. Milyen formában tárolhatunk mechanikai energiát? A helyzeti energia, mozgási energia, rugalmas energia. A mechanikai energiamegmaradás tétele. Kilowatt és lóerő Tudja, hogy a munka fogalma más a mindennapokban, mint a fizikában! Ismerje a fizikai munka kiszámítási módját, amikor az állandó erő és az elmozdulás egyirányú! Ismerje a munka egységét! Ismerje a mechanikai energia lehetséges formáit, kiszámítási módjait! Ismerje fel azokat a jelenségeket, amikor igaz a mechanikai energia-megmaradás tétele. Tudja alkalmazni a mechanikai energiamegmaradás tételét egyszerű számításos feladatokban. Hétköznapi példák alapján a munka fogalmának elmélyítése. Gyűjtőmunka: A hétköznapi életből mechanikai energiák megjelenése (autó, rugós játékpisztoly, lendkerekes játékautó, a magasugró stb.). Tudja elemezni néhány egyszerű példán keresztül a mechanikai energiák átalakulásait: feldobott labda, ugróbéka stb. Egyszerű számításos feladatok megoldása. az erő és elmozdulás fogalmainak felidézése, elmélyítése. Matematika: alapműveletek, egyenletrendezés. Technikai eszközök. Mit jelent az autók teljesítménye? Mitől függ a motor teljesítménye, nyomatéka? Forgatónyomaték fogalma. Mit jelent az, amikor megadják a motorok nyomatékát Ismerje a teljesítmény fogalmát, illetve egységeit, mértékegységeinek átváltását! Ismerje a forgatónyomaték fogalmát, egységét. Legyen elképzelése az autó teljesítménye, Gyűjtőmunka: különböző járművek, élőlények, sportolók teljesítménye. Gépek, élőlények teljesítményének összehasonlítása: hány lóerős egy 148 ember, egy ló, autó Technikai eszközök: autók adatai. Biológia: élőlények mozgása, teljesítménye. Testnevelés, sport: sportolók teljesítménye.
valamilyen fordulatszámon? Mekkora a hatásfoka gépeinknek? nyomatéka és fordulatszáma közötti kapcsolatról! Ismerje és alkalmazza a hatásfok fogalmát. stb.? Mérési feladat: lépcsőn felfutó ember teljesítményének meghatározása mérési adatok alapján. Internet: adatgyűjtés. Technikai eszközök: autók, motorok. Autó sebességfokozataihoz tartozó nyomatékgörbék értelmezése, elemzése. 5. fejezet: A mozdulatlanság feltételei Pontszerű és merev test egyensúlya A pontszerű és merev test egyensúlyának vizsgálata a természettudományos kompetencia mellett, a kritikai és elemzőképességet is erősíti. Gyűjtőmunka: különböző járművek hatásfoka. Ismeretterjesztő DVD megtekintése, ami áttekinti a fejezet lényegét. erő fogalma. Matematika: műveletek vektorokkal. Technika: erőátviteli eszközök. Helyzetek, amikor ugyanaz a test egyszer pontszerű, másszor merev. Mi a feltétele egy test egyensúlyának? Hol támasszunk alá egy testet, hogy az egyensúlyban legyen? Hogyan egyensúlyoz a kötéltáncos? Milyen egyensúlyi helyzetek vannak? Legyen képes a tömegpont, illetve a merev test modell alkalmazására a probléma jellegének megfelelően. Tudja értelmezni dinamikai szempontból a testek egyensúlyi állapotát. Ismerje az egyensúly és a nyugalom közötti különbséget, feltételeit. Ismerje a súlyvonal, súlypont fogalmakat. Tudja az egyensúlyi helyzetek közötti különbségeket (stabil, labilis, indifferens, metastabil helyzet). Kísérlet: Azonos hosszúságú fonalak egy-egy végét rögzítsük egy 1-2 kgos testhez. A fonalak másik végét, azonos magasságban, lassan távolítsuk egymástól. A forgatónyomaték kísérleti vizsgálata egyszerű eszközökkel: pl.: az ablakok és ajtók nyitása kilinccsel vagy tapadókorongos erőmérővel. Tanulói kísérletek a különböző egyensúlyi helyzetek szemléltetésére gyufásdobozzal, ceruzával, keljfeljancsival, labdával, pohárral. 149 az erővektor és a forgatónyomaték fogalmak mélyítése Matematika: alapműveletek, egyenletrendezés
Többet ésszel, mint erővel Kettőskúp mozgása a felemás lejtőn. Tudjon egyszerű számítási feladatokat megoldani. Hogyan érhető el, hogy az erő irányát kedvezőbbé tegyük? Kevesebb erővel is lehet munkát végezni? Mi ennek az ára? Miért lehetséges erősíteni 1 kg-os súllyal? 6. fejezet: Rezgések, hullámok Tudja, hogy az egyszerű gépek használatával kedvezőbbé tehető a munkavégzés. Ismerje a következő egyszerű gépeket: egyoldalú és kétoldalú emelő, álló és mozgócsiga, csigasor, hengerkerék, a lejtő, a csavar és az ék. Tudjon minél több példát mondani a hétköznapokból az egyszerű gépek használatára (háztartás, építkezés a történelem folyamán, sport stb.) Értelmezze a különböző egyszerű gépek működését. Gyűjtőmunka: keressen példákat az egyszerű gépek alkalmazására a hétköznapokban. Kutatómunka: milyen egyszerű gépeket készített Arkhimédesz. Tanulói kísérletek a különböző egyszerű gépek szemléltetésére. Tudjon egyszerű számítási feladatokat megoldani. A mechanikai Ismeretterjesztő DVD rezgések és hullámok megtekintése, ami megismerése tovább áttekinti a fejezet fejleszti a lényegét. természettudományos kompetenciákat, valamint alapot ad a későbbi fejezetekben megjelenő alkalmazásokhoz. az erővektor és a forgatónyomaték fogalmának, valamint a statika törvényeinek mélyítése. Matematika: alapműveletek, egyenletrendezés. Sport: kondicionáló gépek. Technikai eszközök. egyenletes körmozgás kinematikája dinamikája. Technikai eszközök: időmérő szerkezetek. Földrajz: földrengések. 150
Hogyan mérjünk időt? Periodikus jelenségek megfigyelése: egyenletes körmozgás (ismétlés), rugóhoz erősített test rezgése, fonálinga mozgása. A harmonikus rezgőmozgás jellemzői. A harmonikus rezgőmozgás és az egyenletes körmozgás kapcsolata kísérleti tapasztalat alapján. A fázis. Tudja, hogy az idő mérése periodikus mozgás segítségével történik. Ismerje a periodikus jelenségek leírására használt fogalmakat: periódusidő (rezgésidő), frekvencia! Képes legyen a harmonikus rezgőmozgás jellemzőit felsorolni! Értse az egyensúlyi helyzet, a kitérés, az amplitúdó jelentését! Ismerje a kitérés-, sebesség-, gyorsulásidő függvények ábrázolását, kapcsolatát. A tanuló tudjon minél több példát mondani a mindennapi életből, ahol rezgésekkel lehet találkozni! Gyűjtőmunka: az időmérés technikáinak megismerése: ingaóra, rugósóra, kvarcóra, atomóra. Mérési feladat: Különböző tömegű testeket helyezzünk különböző rugókra, majd hozzuk rezgésbe. Mérjük a rezgésidőt! Hogyan függ a rezgésidő a test tömegétől, a rugótól? Mérési feladat: Mérjen különböző hosszúságú fonálingák lengésidejét! Hogyan függ a mért lengésidő a fonál hosszától? Projektmunka: A XVIII. század elején angol flotta egy egész hajóraja szenvedett navigációs hiba miatt hajótörést. A katasztrófa hátterében az ingaóra áll. Miért pontatlan az ingaóra? egyenletes körmozgás kinematikája, dinamikája. Technikai eszközök: időmérő szerkezetek. Matematika: alapműveletek, egyenletrendezés, táblázat és grafikon készítése. 151
Rezonanciakatasztrófák A rezgő rendszer energiája. Hogyan változik a rugón rezgő, magára hagyott test amplitúdója? Csillapodó rezgések vizsgálata. Kényszerrezgések vizsgálata A rezonancia jelensége Miért dőlt össze a Tacoma-híd? (rezonanciakatasztrófák) La Ola mexikói hullám Ismerje a kitérés-, sebesség-, gyorsulásidő függvények ábrázolását, kapcsolatát. Tudja, hogy a valóságos szabad rezgések amplitúdója időben csökken! Legyen elképzelése arról, hogy mi pótolja működés közben a környezetbe szökő energiát az ingaóránál és a kvarcóránál? Tudjon megemlíteni rezonanciajelenségek et! Csillapodó rezgés megfigyelése. Projektmunka: Milyen a modern autó lengéscsillapítója? Gyűjtsünk olyan jelenségeket, amelyekben a célunk a rezgés fenntartása, illetve csillapítása. Rezonancia-görbe elemzése. Fizikatörténeti kutatómunka: Christiaan Huygens munkássága. Film: A Tacoma-híd katasztrófája. a rezgőmozgás jellemzőinek ismerete. Matematika: grafikonelemzés. Technikai eszközök: hidak, mozgó alkatrészek stb. Internet, könyvtár: fizikatörténeti kutatómunka. Mechanikai hullám Tudjon felsorolni kialakulása: többfajta mechanikai lökéshullám, hullámot! hullámvonulat. Ismerje a Milyen gyorsak a hullámhossz hullámok? fogalmát, a Mechanikai hullámok a hullámhossz, a hordozó közeg térbeli frekvencia és a kiterjedése szerint. terjedési sebesség Hullámtani közötti kapcsolatot. alapfogalmak: hullámhossz, frekvencia és a terjedési sebesség, valamint a közöttük fennálló összefüggés. Hullámjelenségek Projektmunka: Keressünk az interneten olyan filmet, amin stadionban kialakuló mexikói hullám látható. Végezzünk becslést a hullám terjedési sebességére! Gyűjtőmunka: keresünk az interneten hullámok terjedési sebességét. Projektmunka: járjunk utána, hogyan függ a vízhullám terjedési sebessége a vízmélységtől! Esetleg végezzünk méréseket! mechanikai rezgések. Matematika: alapműveletek, egyenletrendezés. Internet: gyűjtőmunka a projektmunkákhoz. Mi történik egy hullámmal, ha egy új közeg határához ér? Visszaverődés, törés Le tudja írni a jellegzetes hullámjelenségeket, mint törés, Kísérletek vizes káddal, kötéllel, nagy rugóval. 152 rezgések.
Mindig egyenes vonalban terjed a hullám? Elhajlás. Hullámok találkozása: Interferencia, állóhullám. Földrengések világa visszaverődés, elhajlás, interferencia, állóhullámok. Tudjon példákat mondani hullámjelenségekre a hétköznapi életből. Projektmunka: Hogyan mozognak a vízrészecskék a vízhullámban? (Körkörös mozgás) Gyűjtőmunka: hullámjelenségek a hétköznapi életből. Miért alakulnak ki a földrengések? Hogyan lehet mérni, illetve előre jelezni a földrengéseket? S és P hullámok, felületi hullámok. Hogyan épül a földrengésbiztos épület? Tengerrezgések, cunamik. Hullámfajták az energiaterjedés szempontjából. Legyen elképzelése a földrengés okára vonatkozóan! Ismerje a földrengések eloszlását a Földön! Ismerje a földrengéshullámok fajtáit és hatásait! Legyen tudomása, hogy a földrengésnek lehet másodlagos hatása is. Ismerje a természeti katasztrófák idején helyes magatartást! Meg tudja különböztetni a hosszanti (longitudinális) és keresztirányú (transzverzális) hullámokat! Projektmunka: Járjunk utána, és jelöljük egy térképen hol voltak földrengések az elmúlt 24 órában! Vajon miért a talált helyeken voltak a földmozgások? Film: katasztrófák során bekövetkező pusztításról. Tanulói kísérlet: Hozzunk létre slinkyvel hosszanti és keresztirányú hullámokat! mechanikai hullámok. Földrajz: földrengések, lemeztektonika. Internet: gyűjtőmunka a projektmunkákhoz. 153
2. témakör: Energia (30 óra) Feldolgozott tartalmak és fejlesztendő kompetenciák: A témakörben feldolgozott ismeretek, megalapozott fogalmak széleskörűen járják körül az energiával kapcsolatos problémákat. A globális problémákat is érintő témát egy minden embert érintő tevékenységgel, a táplálkozással kezdjük, majd a közlekedésünkhöz használatos járművek energiaigényeinek tárgyalásával folytatjuk. Ezt követően tárgyaljuk a napenergia problémakörét, amit összekapcsolunk a hőterjedés különböző mechanizmusainak leírásához. Ez a téma számos, a mindennapi életben fontos terület kompetencia fejlesztésével jár, hiszen kitérünk a mai korszerű házak építési módjaira, az öltözködésre, a fűtés, hűtés, hajtás, sütés, főzés helyes megoldásaira. Az energia-munka átalakítás gyakorlati kérdéseinek tárgyalása elősegíti az energiamegmaradás törvényének elmélyítését, és így elvezet a termodinamika első főtételének megismeréséhez. A megújuló energiák, illetve az atomenergia felhasználhatóságának megismerése fejleszti a környezettudatos életmód kialakítását, fejleszti a tanulók döntéshozatali kompetenciáját olyan esetekben, amikor sokféle ellentétes érdek ütközik. Ennek a témakörnek a végén a termodinamika második főtételének tárgyalása, a természeti folyamatok irányának megmutatása, a folyamatokban, jelenségekben mindig jelenlévő irreverzibilitás kimutatása nagymértékben fejleszti a természettudományos gondolkodásmódot. A tananyagban található számolási feladatok, valamint adatgyűjtéssel és elemzéssel kapcsolatos feladatok fejlesztik az elemző, előítélet-mentes és kritikus gondolkodásmódot, támogatják a matematikai kompetenciák fejlődését. Törekednünk kell arra, hogy az általános tantervű osztályokban a tanulók a fenti témaköröket ne csak kvalitatív módon, hanem kvantitatívan is tudják tárgyalni, vagyis legyenek képesek egyszerűbb számítási feladatok elvégzésére is, ami a matematikai kompetenciájukat fejlesztheti. 154
Témák, problémák, fogalmak Követelmények, fejlesztendő kompetenciák Javasolt tevékenységek Kapcsolatok 1. fejezet: Energia nélkül nem megy A helyes életvitelhez szükséges gondolkodásmód fejlesztése a tudatos, egészséges táplálkozás, valamint a közlekedéshez szükséges energiák megismerésének segítségével. Takarékosságra való nevelés. DVD film megtekintése, amely bemutatja az energiafelhasználás számos módját. Biológia: táplálkozás. Technika: közlekedés, járművek. A korábban megismert energiafajták áttekintése A tanuló lássa egységesebben az eddigi tanulmányaiban megismert energiafajtákat. Csapatverseny Fizika, kémia: keretében gyűjtsék a különböző energia fogalom. energiafajtákat, és minél több információt azokról. Mennyit együnk? Miért kell ennünk? Mire fordítjuk az elfogyasztott élelmiszerekben lévő energiát? A táplálkozással kapcsolatos energiafajták felismerése, ezek átalakulási folyamatainak ismerete. Beszélgetés kis csoportokban, majd a hallottak közös megbeszélése. a mechanikai és elektromos energia fogalom korábbról ismert. A hőközlés és az égéshő fogalma. Milyen mértékegységei vannak az energiának? Az energia fogalmának kvantitatív ismerete. Mértékegységek átváltása. Ismerje a hőközlés, az 155 Adatgyűjtés az élelmiszerek csomagolásán található információk alapján, internetes Kémia: kémiai energiák, a táplálék megemésztése kémiai folyamatokon
Mit nevezünk kalóriának? A fajhő fogalma. Az élelmiszerek energiatartalma. égéshő és a fajhő fogalmát. A tanuló legyen képes egyszerűbb kalorimetriai számítási feladatokat megoldani. adatgyűjtés. DVD megtekintése az egészséges táplálkozásról. Biológia: a táplálkozás alapvető biológiai folyamat. Mitől hízunk, mitől fogyunk? Fizikatörténet (Joule): A hő mechanikai egyenértéke, a kalória értelmezése. Mi hajtja a járműveinket? A fajhő mérése: termoszban tárolt meleg víz és jég közös hőmérsékletének kiszámítása, az eredmény összevetése a mérési tapasztalattal. Csoportmunkában oszlassanak el olyan áltudományos tévképzeteket, mint amilyen a π-víz vagy az oxigénnel dúsított víz fogyasztásának esetleges pozitív hatása. Milyen energiaforrásokat használnak a járművek? Mekkora a járművek teljesítménye? Mekkora a járművek hatásfoka? A hatásfok fogalma. Benzin vagy dízel? Az energia átalakulás folyamatainak mélyebb ismerete. A teljesítmény és a hatásfok fogalmának kvantitatív ismerete. A tanuló ismerje az átlagos teljesítmény és a pillanatnyi teljesítmény kiszámításának módját. Járműveket bemutató DVD megtekintése. Internetes adatgyűjtés a járművek leg -jeiről. Kiscsoportos beszélgetés arról, a mechanikai energia fogalom korábbról ismert. Kémia: az üzemanyagok energiája kémiai eredetű. 156
Mi az a kerozin? Mi mennyibe kerül? Mennyi az adótartalma? ki milyen autót szeretne magának (ár, fenntartási költségek). Látogatás a Közlekedési Múzeumban. Különleges meghajtású járművek Elektromos autó. Mi az a hibrid hajtás? Hidrogén meghajtás. Mit jelent a tüzelőanyag cellás meghajtás? Napelemes autó és repülőgép. Új járműmeghajtási megoldások ismerete. A tanuló legyen képes ismert adatok segítségével kiszámítani a különböző meghajtású járművek energia-átalakítási hatásfokát. Egyéni projekt munka: a különböző alternatív jármű meghajtási módszerek bemutatása. Kémia: elektrolízis. 2. fejezet: A Nap Legfontosabb energiaforrásunk a Nap A Nap, mint a legfontosabb energiaforrásunk megismerése nemcsak a természettudományos ismereteinket gyarapítja, hanem erősíti a környezettudatos életvitel elsajátítását is. DVD film a Napról, mint legfontosabb energiaforrásunkról. Biológia: élet. Földrajz, csillagászat: a Nap a mi csillagunk. Mi a kapcsolat a különböző energiaforrások és a Nap között? A hősugárzás ismerete. Napenergiáról szóló DVD film 157 Biológia:
Hogyan áramlik az energia a Napból a Föld felé? A hősugárzás jellemzői. Mit jelent a napállandó? Mit nevezünk albedónak? A napenergia felhasználása A napállandó jelentésének ismerete. A napenergia felhasználási lehetőségeinek környezettudatos ismerete. Az albedó jelentésének ismerete. A tanuló legyen képes számítási feladatok elvégzésére a Napból felénk áramló energia mennyiségének kiszámításához. megtekintése. Csoportmunka: az egyes csoportok feldolgozzák az egyes energiaforrások kapcsolatát a Nappal, majd közösen megbeszélik a tapasztalatokat. Tanulói kísérlet: napfény fókuszálása papírlapra gyűjtőlencsével. az éltető Nap nélkül nincs élet a Földön. Irodalom, történelem, művészettörténet: a Nap kitüntetett szerepe a mitológiában és a művészetekben. Hogyan és mire tudjuk használni a napenergiát? Napkollektor, napelem, napkohó, napkémény, naptó. A hősugárzás és hőelnyelődés törvényszerűségei. Az üvegházhatás. Energia átalakítási folyamatok ismerete napenergia esetén. A hősugárzás és hőelnyelődés törvényeinek kvalitatív és kvantitatív ismerete. Az üvegházhatás jelenségének ismerete. Projektmunka: a tanulók mutassák be posztereken a napkollektor, napelem, napkohó, napkémény, naptó működését. Frontális tanári munka: a hősugárzás, hőelnyelődés törvényeinek megtanítása. Technikai, technológiai, anyagtudományi ismeretek. sugárzások. Tanulói kísérletek a hőkisugárzás és a hőelnyelődés témakörében. A hőterjedés formái 158
Hővezetés, hőáramlás, hősugárzás. Melyek a jó hővezető anyagok, és melyek a jó hőszigetelők? Hol találkozunk természetes és hol mesterséges hőáramlással? Milyen technikai eszközeinkkel tudjuk láthatóvá, mérhetővé tenni a hősugárzást? A hővezetés, hőáramlás Csoportos vagy és hősugárzás alapvető tanári kísérletezés, különbségeinek és a kísérletek jellemzőinek ismerete. elemzése. A tanuló legyen képes egyszerűbb számítási feladatok elvégzésére a hőterjedés különböző eseteiben. Éjjellátó készülék bemutatása. Projektmunka: A Golf-áramlat működésének magyarázata a hőáramlás alapján. Kémia: anyagok. sugárzások. Biológia: hőháztartás, öltözködés. Hogyan öltözködjünk? Kiselőadások: Milyen a helyes és a helytelen öltözködés? Milyen speciális anyagok jelennek meg a sportolók öltözetében? Milyen házat építsünk? A hővezetés, hőáramlás és a hősugárzás megjelenése egy lakóház működésében. Ökoház. Hogyan építhetünk energiatakarékos lakóházat? A hővezetés, hőáramlás és hősugárzás tulajdonságainak mélyebb ismerete. A környezettudatos, energiatakarékos gondolkodásmód fejlesztése. A tanuló legyen képes ismert adatok segítségével energiafelhasználási és gazdaságossági számításokat végezni DVD filmeken bemutatjuk, hogy milyenek az energiagazdálkodás szempontjából rosszul megépített, illetve jól megépített házak. Projektmunka: tervezzünk ökoházat! Kémia: anyagok. sugárzások. Közgazdaságtan: takarékosság. 159
különböző építésű lakóházak esetén. Tanulói mérések különböző hőszigetelő anyagok segítségével. Épületek külső felületének vizsgálata infrahőmérő segítségével. 3. fejezet: Energia-átalakító gépek A tanulók ismerjék fel, DVD film hogy a társadalmigazdasági fejlődés mai fokán milyen sok energia-átalakító gép szolgálja a kényelmünket. Ennek a témának a tárgyalása fejleszti a környezettudatos életvitelhez szükséges gondolkodásmódot. Csoportmunkában oszlassanak el olyan áltudományos tévképzeteket, mint amilyen például a gravomágneses falszárítás. megtekintése olyan gépekről, amelyek könnyebbé, kényelmessé, kellemessé teszik az életünket. Fizika, kémia, biológia, földrajz, közgazdaságtudomány: az energia fogalma. Fűtés, hűtés, hajtás Fűtő és hűtő rendszerek. Talajszonda, talajkollektor, hőszivattyú. Hőerőgépek a gyakorlatban (Stirling-gép, Az energia-munka átalakítás alapvető törvényszerűségeinek, a hőtan első főtételének, a hasznosítható energia fogalmának ismerete. Egyszerű számolási feladatok elvégzése a Kiselőadások a különféle fűtő, hűtő és meghajtó gépekről. Internetes animációk használata és az energia-megmaradás tétele. Közgazdaságtan: megtérülési idő. 160
robbanómotorok). A hőtan első főtétele. Hőerőgépek története. hőtan első főtételének témaköréből. értelmezése. Működő Stirlinggép modell bemutatása. Sütő- és főzőkészülékek a konyhában Hogyan sütöttek és hogyan főztek a régi korokban? Hogyan működnek a mai konyhák sütő- és főzőkészülékei? Milyen változások várhatók a konyhatechnikában a közeljövőben? Megújuló energiák A gáztűzhely és a Kirándulás villanytűzhely ismerete. alkalmával főzés tábortűzön A mikrohullámú sütő bográcsban működésének ismerete. háromláb és Az indukciós tűzhely működési elvének ismerete. bográcsház segítségével (a két módszer összehasonlító elemzése). Biológia: táplálkozás. Kémia: élelmiszerkémia. Vízi energia, szélenergia, árapály energia, bioenergia hasznosítása: vízi erőművek, szélkerekek, víz alatti szélkerekek, biodízel, biomassza, biogáz. Az energia-munka átalakítás alapvető törvényszerűségeinek további elmélyítése. Környezeti-energetikai kérdésekben történő eligazodási képességek javítása. A tanuló legyen képes megadott numerikus adatok segítségével számításokat végezni a megújuló energiák hasznosítása témakörében, különös tekintettel a megtérülési idő kiszámítására. Csoportmunka: a különböző megújuló energiafajták sajátosságainak, előnyeinek, hátrányainak megismerése kisebb csoportokban, amit közös megbeszélés követ. az energia-megmaradás tétele. Közgazdaságtan: beruházás megtérülése. Biológia: ökológiai problémák. 4. fejezet: Atomenergia Tudósi-politikusi felelősség DVD film megtekintése az Történelem, politológia, közgazdaságtan: 161
jelentőségének ismerete. Környezettudatos gondolkodásmód fejlesztése. atomenergiáról. az atomenergia felhasználása békés és katonai célokra. Az atommag energiája A nukleáris energia felhasználásának kérdései. Hogyan számítható ki az atommag átalakulásokkor felszabaduló energia nagysága? A tömeghiány fogalma. Az atomfegyverek típusai, kipróbálásuk, az atomcsönd egyezmény. A tömeghiány fogalmának ismerete. A tömeg-energia egyenértékűségének ismerete. A tanuló legyen képes numerikusan kiszámítani atommagátalakulásokkor a tömeghiányt és a felszabaduló energia nagyságát. DVD filmek megtekintése az atomfegyverekről. Biológia: sugárzások biológiai hatásai, ökológiai problémák. Számítási feladatok elvégzése szaktanári Történelem: segítséggel. a Hirosimára és Nagaszakira ledobott két atombomba története, politikai háttere, későbbi következményei. sugárzások. Az atomenergia békés felhasználása Az atomreaktorok típusai, fejlődésük. Mi jellemzi a legújabb atomreaktor generációt? Épüljön-e Magyarországon új reaktor blokk? A biztonság és a kockázat józan megítélésének elsajátítása. A tanuló legyen képes a Paksi Atomerőmű energiatermelő blokkjainak adataiból megbecsülni az erőmű Döntéshozók, társadalmi szervezetek vitájának modellezése a diákok részvételével. Gazdaságföldrajz: energiaforrások. Biológia: ökológiai problémák. 162
Radioaktív hulladékok elhelyezésének problémái. által előállított elektromos energia nagyságát. Atomreaktor működését bemutató számítógépes animáció használata. 5. fejezet: Hasznosítható energia Környezettudatos gondolkodásmód fejlesztése. DVD film megtekintése a Föld energiagondjairól, továbbá a megoldás lehetőségeiről. Közgazdaságtan: energia felhasználás. termodinamikai folyamatok. Energiagondok Mennyi energiára van szüksége az emberiségnek? Hogyan oszlik meg az energia felhasználása az egyes földrészeken, illetve különböző országokban? Milyen módon állítható elő hasznosítható energia? Hasonlítsuk össze a megújuló és a nem megújuló energiákat! Milyen erőművek épüljenek a közeljövőben Magyarországon? Megfordítható és Az energia globális jelentőségének felismerése. A nagy számokkal, prefixumokkal történő számítási műveletek elsajátításának fejlesztése. A tanuló legyen képes megtervezni, hogy a különböző adottságú európai országokban milyen lenne az energiatermelés ideális összetétele. DVD filmek megtekintése, internetes anyagok az energia-megmaradás feldolgozása egyéni tétele. projektmunka keretében. 163 Döntéshozók, társadalmi szervezetek vitájának modellezése a diákok részvételével. Csoportmunkában oszlassanak el olyan áltudományos tévképzeteket, mint az örökmozgók létrehozásának reális lehetősége, a zérusponti energia megcsapolása stb. Gazdaságföldrajz: a Föld energiaforrásai. Biológia: ökológiai problémák.
nem megfordítható folyamatok Létezik tökéletesen megfordítható folyamat? Folyamatok sütésfőzés közben. A hőtan második főtétele. Clausius és Boltzmann munkásságának jelentősége az entrópia fogalmának kialakulásában. Rend és rendezetlenség fogalma. Az irreverzibilitás felismerése különböző folyamatokban. A hőtan második főtételének ismerete, a második főtétel legalább kétféle megfogalmazása. Tanulói kísérletek megfordítható és nem megfordítható folyamatokra. Kémia: reverzibilis és nemreverzibilis folyamatok. Biológia: Tanulói az élet, mint speciális projektmunka: Mitől folyamat, ahol a rend nő a rend és mitől növekszik. nő a rendetlenség? 164
10. osztály: A 10. osztály tananyaga két témakörre oszlik ( Elektromosság és Környezeti fizika ), amelyek tárgyalását három, illetve négy fejezetre osztva javasoljuk. A feldolgozott tartalmakat és kompetenciafejlesztési célokat az egyes témakörök előtt adjuk meg részletesen. 3. témakör: Elektromosság (50 óra) 1. fejezet: Elektromos töltések világa 2. fejezet: Elektromos áram 3. fejezet: Elektromágneses indukció 4. témakör: Környezeti fizika (24 óra) 1. fejezet: Azért a víz az úr! 2. fejezet: A repülés 3. fejezet: Kölcsönhatásban a környezetünkkel 4. fejezet: A hangok világa 165
3. témakör: Elektromosság (50 óra) Feldolgozott tartalmak és fejlesztendő kompetenciák: A témakörben feldolgozott ismeretek, jelenségek lefedik az elektrosztatika, elektromos egyenáram, magnetosztatika, illetve az elektromágneses indukció területeket. Ki kell hangsúlyozni, hogy a korábban külön diszciplínaként kezelt két terület, az elektromosság és a mágnesesség között szoros kapcsolat van. A mindennapjainkban használt modern technikai eszközök (fénymásoló, LED stb.) vizsgálatából kiindulva vezetjük be az új fizikai fogalmakat, fogalmazzuk meg a törvényeket. Rengeteg elektromos készülék vesz minket körül. Működésük megismerése nemcsak intellektuális igényünket elégítik ki, hanem segítik a helyes fizikai világkép kialakulását is. A bevezetett fizikai fogalmak, leírt természeti jelenségek, megismert törvényszerűségek, megértett alkalmazások is hozzájárulnak a természettudományos kompetencia fejlesztéséhez. A javasolt tevékenységek között kiemelt helyen van az internet, ami a digitális kompetenciák fejlődését segítik. A világhálón tanári útmutatás alapján a legkülönbözőbb problémákhoz kereshetnek a diákok leírásokat, adatokat. Az adat- és információkeresés több területet céloz meg: fizika, technika, sport, biológia stb. Munka közben a diákok kritikai képességei fejlődnek, a projektmunkák elkészítése során az anyanyelvi kompetenciájuk is erősödik. A csoportmunkák során a diákok vitakultúrája, empátiája nőhet. A sok életközeli kérdésfelvetés a tanulókat közelebb viszi a technikai eszközökhöz. A környezettudatos, a természet épségét óvó magatartás kialakítása a cél. A feldolgozás módja segíti a diákokat abban, hogy a modern technológiákat a környezet lehetőségeivel összhangban használhassák, és így a gazdasági élet tudatosabb szereplőivé váljanak. A tananyagban található számolási feladatok, valamint adatgyűjtéssel és elemzéssel kapcsolatos feladatok fejlesztik az elemző, előítélet-mentes és kritikus gondolkodásmódot, támogatják a matematikai kompetenciák fejlődését. A hétköznapjainkban megjelenő technikai eszközök működésén túl olyan természeti jelenségeket is megismernek a diákok, amelyek várhatóan nagy érdeklődést keltenek. Ez az önálló tanulást is motiválja. 166
Témák, problémák, fogalmak 1. fejezet: Elektromos töltések világa Vigyázz, szikrázik! Követelmények, fejlesztendő kompetenciák Az elektrosztatika fogalmainak megismerése a természettudományos kompetenciát erősíti, valamint segít eligazodni a technikai környezetünkben. Javasolt tevékenységek Ismeretterjesztő DVD megtekintése, ami áttekinti a fejezet lényegét. Látványos tanári elektrosztatikai kísérletek. Kapcsolatok erő, kölcsönhatás törvénye. Kémia, atomfizika: az atom összetétele. Technikai eszközök. Hogyan kerülhetnek elektromos állapotba az anyagok? Milyen a jó szigetelő, illetve vezető anyag? Hogyan tudjuk földelni a testeket? Elektrosztatikai alapfogalmak, alapjelenségek, az elektromos töltés fogalma. Az elektromos töltésmegmaradás törvénye. Hogyan működik a fénymásoló és a lézernyomtató? Ismerje az elektrosztatikus alapjelenségeket: dörzselektromosság, töltött testek közötti kölcsönhatást. Tudjon felsorolni jó szigetelő és jó vezető anyagokat. Ismerje az elektromos állapot kimutatásának lehetőségeit! Legyen elképzelése a dörzselektromosság atomfizikai hátteréről, a földelés lényegéről. Tudja, hogy a földelés fontos biztonsági intézkedés! Tanári, illetve tanulói elektrosztatikai alapkísérletek: Dörzsöléssel hozzon elektromos állapotba testeket. Vizsgálja elektroszkóppal a töltött testeket. Adagoljon, felezzen töltést! Vizsgálja meg hétköznapi anyagaink vezetőképességét. DVD-film megtekintése a földelés hétköznapi alkalmazásáról. Kutatómunka: Elektromosság ismerete a középkorban. erő, kölcsönhatás törvénye. Kémia/atomfizika: az atom összetétele. Technika eszközök. Hogyan másoltak régen, hogyan másolunk ma? Hogyan jut a festékpor a fénymásoló papíron a megfelelő helyre? (Az elektrosztatikusan feltöltött toner-por mozgatásának bemutatása.) Legyen elképzelése a fénymásoló és a nyomtató működéséről! Ismerje a ponttöltésre vonatkozó Coulombtörvényt! Tudja az elektromos töltés egységét. Gyűjtőmunka: fénymásolók és nyomtatók típusai, illetve működési elvük. Kutatómunka: mekkora az elektromos töltése az elemi részecskéknek: neutron, proton, 167 fénytan. Kémia: festékanyagok. Technikai eszközök: fénymásoló, nyomtató.