Szkoła podstawowa (klasy 6-8)
ENERGIA
Problemy postawione w ćwiczeniu, cele ćwiczenia:
(A) Sformułowanie i wyjaśnienie wzoru wyrażającego proporcjonalną zależność między energią
kinetyczną obiektu, a jego masą i prędkością.
(B) Przedstawienie wyjaśnienia problemu bilansu energii obiektu znajdującego się w różnym położeniu
w polu elektrycznym, grawitacyjnym i magnetycznym, na podstawie różnych przykładów energii
potencjalnej.
Pojęcia podstawowe:
Definicja energii
Energia ruchu jest nazywana energią kinetyczną. Jest proporcjonalna do masy poruszającego się obiektu i rośnie wraz z kwadratem jego prędkości. (A)
Układ obiektów może również zawierać zmagazynowaną (potencjalną) energię, w zależności od ich względnego położenia. Na przykład energia jest magazynowana w wyniku oddziaływania grawitacyjnego z Ziemią, gdy obiekt jest podnoszony. Natomiast energia jest uwalniana, gdy obiekt spada lub jest opuszczany. Energia jest także magazynowana w polach elektrycznych między naładowanymi cząsteczkami i polach magnetycznych między magnesami. Energia ulega zmianie, gdy obiekty te poruszają się względem siebie. (B)
Pojęcia ogólne:
Zależności proporcjonalne (np. prędkość jako stosunek przebytej drogi do czasu) między różnymi rodzajami wielkości fizycznych dostarczają informacji o właściwościach badanych/ obserwowanych procesów. Zależności te można przedstawić za pomocą wyrażeń i równań algebraicznych i na ich podstawie ocenić przebieg procesu w zależności od wartości zmiennych i parametrów. (A) (B)
Umiejętności praktyczne:
Formułowanie problemu i projektowanie doświadczeń.
Wykorzystanie jakościowych i ilościowych związków między zmiennymi, w celu wyjaśnienia obserwowanych zjawisk. (A)
Przedstawianie wyjaśnienia obserwowanych zjawisk na podstawie modeli lub przykładów. (B)
RUCH I SIŁY
Problemy postawione w ćwiczeniu, cele ćwiczenia:
(A) Sformułowanie wniosków wynikających z badania wpływu układu odniesienia obserwatora i wyboru jednostek na sposób opisania ruchu i położenia obiektu oraz przekazanie ich innym uczniom.
(B) Przedstawienie graficzne i matematyczne poczynionych obserwacji wyjaśniające, w jaki sposób siły działające na obiekt wpływają na względną pozycję, prędkość i kierunek ruchu obiektu.
(C) Analiza i interpretacja danych w celu określenia związku przyczynowo skutkowego między ruchem
obiektu, a sumą sił działających na niego.
Pojęcia podstawowe:
Ruch i siły
Ruch obiektu zależy od sumy działających na niego sił; jeśli całkowita siła działająca na obiekt jest różna od zera, jego ruch ulegnie zmianie. (B) (C)
Położenie obiektów oraz kierunki sił i ruch muszą być opisane w arbitralnie wybranym układzie odniesienia i dowolnie wybranych jednostkach. Porównanie wyników i obserwacji z innymi uczniami wymaga podania tych informacji. (A)
Pojęcia ogólne:
Skala, proporcje, ilość
Zależności proporcjonalne (np. prędkość jako stosunek przebytej drogi do czasu) między różnymi rodzajami wielkości fizycznych dostarczają informacji o właściwościach badanych/obserwowanych procesów. Zależności te można przedstawić za pomocą wyrażeń i równań algebraicznych i na ich podstawie ocenić przebieg procesu w zależności od wartości
zmiennych i parametrów. (B) (C)
Umiejętności praktyczne:
Stawianie pytań i definiowanie problemu
Stawianie pytań i hipotez wynikających z poczynionych obserwacji i nieoczekiwanych wyników. (A)
Zdobywanie, ocena i przekazywanie informacji
Zrozumiałe i wyczerpujące przekazywanie informacji naukowych z wykorzystaniem różnych form i środków (np. słownie, graficznie, pisemnie, matematycznie). (B)
Szkoła średnia
ENERGIA
Problemy postawione w ćwiczeniu, cele ćwiczenia
Formułowanie i dowodzenie poprawności modeli i wzorów matematycznych dotyczących prawa zachowania energii: w układzie izolowanym suma wszystkich rodzajów energii układu jest stała w czasie, a mogą jedynie zachodzić przemiany jednych form energii w inne. (A)
Pojęcia podstawowe:
Definicja energii
Energia jest ilościową właściwością układu, która zależy od ruchu i oddziaływań materii i promieniowania w tym układzie. (A)
Energia jest wielkością charakteryzującą stan układu fizycznego. Energia może zmieniać swoją postać, jednak nie może być tworzona ani niszczona (zasada zachowania energii).
Oznacza to, że całkowita energia układu jest zachowywana, nawet gdy w systemie energia
jest ciągle przenoszona z jednego obiektu na drugi i pomiędzy jego różnymi możliwymi
formami. (A)
Zachowanie energii i przekazywanie energii
Zachowanie energii oznacza, że całkowita zmiana energii w dowolnym układzie jest zawsze
równa całkowitej energii przekazanej do lub z systemu. (A)
Wzory matematyczne określające ilościowo, w jaki sposób zmagazynowana w układzie energia zależy od jego stanu (np. względnych pozycji naładowanych cząstek, ściskania sprężyny) i w jaki sposób energia kinetyczna zależy od masy i prędkości, pozwalają na zastosowanie prawa zachowania energii w celu przewidywania i opisywania zachowania się danego układu. (A)
Projektowanie i stosowanie modeli:
Stosowanie wielu rodzajów modeli do przedstawiania i wyjaśniania zjawisk oraz wybór odpowiedniego modelu w oparciu o jego zalety i ograniczenia. (A)
Pojęcia ogólne:
Różne modele można wykorzystać do przewidywania zachowania systemu, ale należy mieć na uwadze, że przewidywania te mają ograniczoną dokładność oraz niezawodność wynikającą z założeń i przybliżeń właściwych dla danych modeli. (A)
RUCH I SIŁY
Problemy postawione w ćwiczeniu, cele ćwiczenia
Użycie równań algebraicznych, w celu określenia prędkości obiektów po zadziałani siły (gdy początkowe masy i prędkości obiektów są znane). (B)
Sformułowanie argumentów na poparcie twierdzenia, że zmiany w obrębie układu można przewidzieć, definiując siły i zmiany pędu zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz układu. (C)
Myślenie matematyczne i obliczenia
Użycie wzorów matematycznych do opisu zjawisk lub obliczenia pożądanych wielkości. (B)
Układy fizyczne i modele
Podczas badania lub opisywania układu konieczne jest ustalenie warunków początkowych,
granic i właściwości tego układu. (C)