Fyzika pro gymnázia, Czeskie, Wiedza -cz
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->FYZIKAK učebnici MECHANIKApro gymnáziaEMANUEL SVOBODAMatematicko-fyzikální fakulta UK, PrahaNakladatelství PROMETHEUS, spol. s r.o. vydalo v roce 2013 jako svépáté přepracované vydání učebnici pro v�½uku mechaniky na gymnáziích[1]. Oproti dosavadním čtyřem vydáním došlo k několika změnám a tojednak v uspořádání učebnice, jednak v didaktickém zpracování někter�½chčástí učiva mechaniky.Oproti předcházejícím vydáním učebnice „zeštíhlela . Její papírová for-ma totiž obsahuje jen učivo, které odpovídá požadavkům Rámcového vzdě-Matematika – fyzika – informatika232014109lávacího programu pro gymnázia [2], (dále jen RVP G), obor Fyzika.Rozšiřující učivo,které jde nad rámec učiva a očekávan�½ch v�½stupů podleRVP G, je na přiloženém CD jako součásti učebnice.Toto rozšiřující učivo (označené pro orientaci písmenemR)obsahuje15 námětů:R1Okamžitá rychlost hmotného boduR2Rovnoměrn�½ pohyb hmotného bodu s nenulov�½mi počátečnímipodmínkamiR3Rovnoměrně zrychlen�½ pohyb s nenulov�½mi počátečními podmín-kamiR4Zrychlení při rovnoměrném pohybu po kružniciR5Zrychlení při nerovnoměrném křivočarém pohybuR6Časov�½ účinek síly. Impuls sílyR7Pružn�½ a nepružn�½ přím�½ ráz dvou tělesR8Valiv�½ odporR9Neinerciální vztažné soustavy. Setrvačné sílyR10Otáčející se vztažné soustavyR11Jednoduché strojeR12Bernoulliova rovniceR13Měření rychlosti proudění tekutinR14Proudění reálné kapalinyR15Obtékání těles reálnou kapalinouDále jsou na přiloženém CD uvedenateoretická a laboratorní cvičení.V�½běr, zaměření a zpracování jsou stejná jako v předchozích vydáníchučebnice Mechanika. Teoretická cvičení (označení TC) obsahují jednak ře-šené příklady, jednak soubory dalších úloh, řada z nich je nov�½ch. Cílemtěchto cvičení, kter�½ch je celkem 13, je prohloubení poznatků získan�½chve v�½ukov�½ch hodinách a jejich využití k řešení konkrétních problémů.Podobn�½ úkol má šest laboratorních cvičení (označení LC).Přiložené CD obsahuje i další doplňující a obrazové materiály. Jsou jimi:•Historické poznámkyk 16 v�½znamn�½m osobnostem mechaniky (ozna-čení H); ke zpracování tohoto námětu byla mimo jiné využita publikace[3] se svolením autora publikace Dějiny fyzikydoc. Ing. Ivana Štolla,CSc.Uvedení historick�½ch poznámek bylo vedeno snahou podpořit na-plňování hodnotov�½ch cílů při v�½uce fyziky, především úctu k historii110Matematika – fyzika – informatika232014fyziky jako nezastupitelné součásti kulturního dědictví a prohlubovánízájmu o přírodní vědy. V neposlední řadě pak poskytnout náměty prorealizaci průřezového tématu V�½chova k myšlení v evropsk�½ch a glo-bálních souvislostech.•Slovníček fyzikálních pojmů,kter�½ přehledně shrnuje důležité fyzikálnípojmy•Animace k učivu mechaniky(označení A), jejichž autorem jeRNDr.Petr Janeček; celkem je na přiloženém CD umístěno 11 animací s ná-měty na rovnoměrné a nerovnoměrné přímočaré pohyby, rovnoměrn�½pohyb po kružnici, voln�½ pád, zákon zachování mechanické energiea na vrhy v tíhovém poli Země.•Videozáznamy (označení V), jejichž autory jsouMgr. Lucie Filipenská,Mgr. Jakub Jermářa hlavní autor učebnice; náměty videozáznamůjsou beztížn�½ stav, těžiště, třecí síla, rovnoměrn�½ přímočar�½ pohyb,rovnoměrně zrychlen�½ a rovnoměrně zpomalen�½ přímočar�½ pohyba Newtonovo kyvadlo.•Literatura a webové stránky,ze kter�½ch lze čerpat další poznatky z kla-sické mechaniky.Odkazy na doplňující materiály jsou v textu učebnice vyznačeny ba-revnou značkou, např., což je v tomto případě odkaz na animacirovnoměrného pohybu po kružnici.Z hlediska metodického zpracování učiva mechaniky došlo také ke změ-nám. Uveďme si některé:a) Byl upřesněn v�½klad pojmuprůměrná rychlostjako skalární veličinyv návaznosti na základní školu, tj. vztahemvp= ∆spro dan�½ úsek tra-∆tMatematika – fyzika – informatika232014111+...jektorie, resp.vp= ∆s1+∆s2+...pro určení průměrné rychlosti na celé tra-∆t1+∆t2jektorii, známe-li délky jednotliv�½ch úseků ∆s1,∆s2, . . .a jim odpovídajícídoby ∆t1,∆t2, . . .Je zdůrazněno, že tedy neplatí, že bychom postupovalipři určování průměrné rychlosti tak, že vypočítáme průměrné rychlosti najednotliv�½ch úsecích trajektorie pohybujícího se tělesa a z nich pak vytvo-říme aritmetick�½ průměr. K tomuto upozornění, které v dřívější učebnicinebylo zdůrazněno, je pak uveden názorn�½ příklad.b) Aby bylo důsledně dodrženo v�½še uvedené upozornění, bylo nutnézměnit postup při odvozování vztahu prodráhu rovnoměrně zrychlenéhopřímočarého pohybu.V předchozích učebnicích mechaniky pro gymnázia1[viz např. 4, str. 44] bylo totiž při odvození dráhys=2at2použito vztahupro průměrnou rychlost ve tvaruvp=1v=1ata vztahu pro dráhu22s=vpt.V nové učebnici je využito poznatku známého žákům z předcho-zího tématu, a sice toho, že z grafu závislosti velikosti rychlosti na časeu rovnoměrného pohybu lze dráhu vypočítat jako obsah pod grafem tétozávislosti. Využitím metody analogie je proto proveden rozbor grafu závis-losti velikosti okamžité rychlostivna časetpro nulovou počáteční rych-lost a při daném zrychlenía,jak je uvedeno na obr. 1a. Předpokládáme,že čas se postupně zvětšuje z počáteční hodnoty 0 o tak malé přírůstky∆t, že velikosti okamžité rychlostiv1, v2, . . . , vi, . . . , vnv každém inter-valu ∆t lze považovat prakticky za konstantní. Potom odpovídající dráhys1, s2, . . . , si, . . . , snmůžeme vyjádřit vztahys1=v1∆t,s2=v2∆t, . . . ,si=vi∆t, . . . ,sn=vn∆t. Součets=v1∆t +v2∆t +. . .+vi∆t +. . .+vn∆ttedy udává celkovou dráhu, kterou vozík ujel za celkov�½ čast.Je uvedena poznámka, že v�½še uveden�½ postup není úplně přesn�½, pro-tože velikost rychlosti se přece jen i na intervalu délky ∆t trochu mění, alemůžeme tuto přesnost zv�½šit, když ∆t volíme dosti malé, tedy celkov�½ časrozdělíme na větší počet velmi krátk�½ch časov�½ch intervalů.Dráhusi=vi∆t, kterou hmotn�½ bod urazí za velmi mal�½ čas ∆t, zná-zorňuje obsah barevného obdélníku na obr. 1a. Náš odhad celkové dráhyje dán součtem obsahů všech obdélníků, tedy obsahem plochy pod „zu-batou křivkou . Dělíme-li celkov�½ čas na větší a větší počet kratších akratších intervalů, splyne „zubatá křivka s polopřímkouv=at.Celkov�½obsah plochy pak snadno určíme jako obsah trojúhelníkuOABna obr. 1b.Celková dráhas,kterou vozík ujede rovnoměrně zrychlen�½m pohybem za112Matematika – fyzika – informatika232014celkov�½ čast,je tedy rovna obsahu plochy trojúhelníkuOAB,nebolis=at·t1=at2.22Na CD v rozšiřujícím učivuR3Rovnoměrně zrychlen�½ pohyb s nenulo-v�½mi počátečními podmínkamije pak analogicky odvozen vztah pro dráhu1s=vt+at2.2Obr. 1c) Pokud se t�½ká pojmuokamžitá rychlost,je v upravené učebnici [1]definován analogicky jako v předchozí učebnici [4], tedy nejdříve velikosttohoto vektoru formulací: „Velikost okamžité rychlosti v daném bodu tra-jektorie a v daném čase je definována jako průměrná rychlost ve velmi ma-lém časovém intervalu na odpovídajícím úseku trajektorie daného bodu .V základním textu učebnice je pak uvedeno tvrzení, že „vektor okamžitérychlosti leží v tečně v uvažovaném bodě trajektorie a jeho směr je určensměrem pohybu . Tvrzení je doloženo jednak animací na přiloženém CD,jednak uvedením příkladu odlétávání jisker ve směru tečen k obvodu brus-ného kotouče při broušení. V rozšiřujícím učivu je vR1Okamžitá rychlosthmotného bodupak odvozena okamžitá rychlost v pomocí časové změnypolohového vektoru ∆r (stejně jako v učebnici [4]).d) V učebnici [1] je podrobněji zpracováno smykové tření, je rozlišenaklidová třecí sílaFs(včetně mezní – kritické) od třecí sílyFtza pohybu.Pro stručnost vyjadřování se pak používá jen názvu třecí sílaFt. Měřenísoučinitele smykového tření je námětem laboratorní práce a k jeho určeníMatematika – fyzika – informatika232014113
[ Pobierz całość w formacie PDF ]