Zakres materiału z fizyki

1. Wprowadzenie
Przedmiot i metody fizyki, definicje, prawa, rola pomiarów, wielkości i układy jednostek SI.

2. Kinematyka
Definicja prędkości i ruchu jednostajnego, definicja przyspieszenia i ruchu jednostajnie – przyspieszonego.
Podstawowe związki kinematyki, przedstawienie graficzne.
Swobodny spadek ciał, rzut pionowy.
Ruch po torze zakrzywionym, kierunki prędkości i przyspieszenia.
Składanie ruchów, rzut poziomy, rzut ukośny.
Ruch po okręgu, prędkość i przyspieszenie dośrodkowe w ruchu jednostajnym po okręgu.

3. Podstawy dynamiki
Zasady dynamiki Newtona, masa, siła (sposoby pomiaru), dyskusja zasad Newtona na przykładach.
Ciężar ciał a ich masa.
Siła dośrodkowa jako warunek ruchu po okręgu, przykłady.
Siła tarcia, ruch po równi pochyłej z uwzględnieniem tarcia.

4. Zasady zachowania pędu i energii
Pęd ciała i układu ciał, II zasada dynamiki a pęd.
Zasada zachowania pędu, przykłady.
Definicja pracy i mocy, energia kinetyczna i związek jej zmiany z wykonywaną pracą.
Ogólna definicja energii potencjalnej i wyliczenie jej w polu sił ciężkości, przykłady.
Zasada zachowania energii mechanicznej, przykłady.
Ogólna zasada zachowania energii.
Centralne zderzenia sprężyste i niesprężyste kul

5. Ruch obrotowy i zasada zachowania momentu pędu
Bryła sztywna, kinematyka ruchu obrotowego.
Moment siły i pary sił, moment bezwładności.
Energia kinetyczna w ruchu obrotowym, praca.
Zasady dynamiki dla ruchu obrotowego, moment pędu (kręt) punktu materialnego, II zasada a moment pędu, kręt bryły sztywnej.
Zasada zachowania krętu, przykłady.
Analogie ruchu postępowego i obrotowego.
Warunki równowagi ciała, statyka, maszyny proste

6. Siły grawitacji
Prawo powszechnego ciążenia (grawitacja) Newtona.
Przyspieszenie ziemskie, obliczenie masy Ziemi.
Obliczenie masy Słońca.
Ruch satelitów, obliczenie I i II prędkości kosmicznej, okres obiegu.
Satelita stacjonarny (telewizyjny).
Energia potencjalna i potencjał w polu grawitacyjnym

7. Drgania i fale. Akustyka
Własności sprężyste ciał, prawo Hook’a.
Definicja ruchu harmonicznego i przykłady.
Siła, wychylenie, faza, okres drgań harmonicznych.
Wahadło matematyczne.
Rezonans drgań mechanicznych, przykłady.
Energia drgań harmonicznych.
Fale w ośrodku sprężystym, fale poprzeczne i podłużne.
Długość fal, prędkość, ich wzajemny związek.
Interferencja fal, fale stojące.
Zasada Huyghensa, uzasadnienie praw odbicia i załamania fal.
Źródła i charakter fal dźwiękowych, zakres słyszalności.
Rezonans akustyczny.
Fale stojące w strunach i słupach powietrza.
Zjawisko Dopplera.

8. Ciecze i gazy


Ciśnienie i parcie, ciśnienie hydrostatyczne cieczy, równowaga cieczy w naczyniach połączonych.
Prawo Pascala, prasa hydrauliczna.
Prawo Archimedesa, równowaga ciał pływających.
Temperatura, skala Kelvina.
Równanie stanu gazu doskonałego.
Podstawowe przemiany izo- dla gazu doskonałego i odpowiednie prawa, wykresy izoterm.
Kinetyczno-molekularna teoria gazu doskonałego: założenia teorii, energia wewnętrzna i ciśnienie gazu, kinetyczna interpretacja temperatury i jej zera bezwzględnego

9. Ciepło i zasady termodynamiki
Wyrażenie pracy w termodynamice (na przykładzie tłoka ściskającego gaz), zależność pracy od rodzaju przemiany.
Pojęcie ciepła jako zmiany energii wewnętrznej w określonych warunkach.
Zależność ciepła od rodzaju przemiany.
I zasada termodynamiki.
Ciepło właściwe w danej przemianie, cp i cv.
Uzasadnienie jakościowe cp > cv.
Ciepło właściwe ciał stałych i cieczy, topnienie i krzepnięcie, temperatura i ciepło topnienia (wpływ ciśnienia), parowanie i wrzenie, temperatura wrzenia i ciepło parowania, zależność temperatury wrzenia od ciśnienia.
Kalorymetria, zasada bilansu cieplnego.
Zasada działania silników cieplnych, sprawność silnika, chłodziarka.
Przemiana adiabatyczna, równanie adiabaty (bez wyprowadzenia), cykl Carnota, sprawność silnika w tym cyklu.
II zasada termodynamiki, sformułowanie Kelvina i Clausiusa.
Nieodwracalność procesów w przyrodzie, sprawność rzeczywistych silników a silników odwracalnych

10. Pole elektromagnetyczne
Ładunki a materia, ładunek elementarny.
Elektryzowanie ciał, indukcja elektrostatyczna, elektrometr.
Prawo Coulomba.
Pole sił, natężenie pola elektrycznego, linie sił, przykłady.
Praca w polu elektrostatycznym (zachowawczość), potencjał i napięcie, związek potencjału z natężeniem, powierzchnia ekwipotencjalna, natężenie i potencjał pola ładunku punktowego oraz układu ładunków, rozkład ładunków na powierzchniach przewodników, ekwipotencjalność.
Pojemność elektryczna przewodnika i kondensatora.
Dielektryki, przenikalność elektryczna, pojemność kondensatora z dielektrykiem.
Energia pola elektrycznego.
Ruch cząstek w polu elektrycznym.

11. Prąd elektryczny i elektrochemia

Prąd elektryczny w metalach jako ruch elektronów, natężenie prądu.
Prawo Ohma, opór, opór właściwy.
Prawo Kirchoffa, łączenie oporów, zmiany zakresu amperomierza lub woltomierza.
Praca i moc prądu, ciepło wydzielane.
Elektroliza, prawa elektrolizy Faradaya, stała Faradaya.
Siła elektromotoryczna i opór wewnętrzny ogniwa (uogólnione prawo Ohma); łączenie ogniw w baterie.
Zależność oporu elektrycznego od temperatury.

12. Pole magnetyczne
Magnes a solenoid z prądem – doświadczenie Oersteda, linie pola (doświadczalnie).
Siła Lorentza i siła elektrodynamiczna, przykłady, definicja indukcji magnetycznej B.
Ruch cząstek naładowanych w polu elektrycznym i magnetycznym – przykłady, zastosowanie.
Natężenie pola H, związek między B i H w próżni.
Indukcja pola magnetycznego w pobliżu długiego prostoliniowego przewodnika.
Siły między przewodnikami z prądem, definicja ampera.
Silnik elektryczny na prąd stały.
Substancje w polu magnetycznym, para-, dia- i ferromagnetyki, przenikalność magnetyczna.
Natężenie pola magnetycznego w środku kołowego przewodnika z prądem

13. Indukcja elektromagnetyczna. Prąd zmienny
Definicja strumienia magnetycznego.
Wzbudzanie prądu indukcyjnego, reguła Lentza, wartość siły elektromotorycznej indukcji (prawo Faradaya).
Samoindukcja, współczynnik samoindukcji.
Zasada działania prądnicy prądu zmiennego, prąd zmienny, napięcie i natężenie skuteczne.
Zasada działania transformatora.
Opór, pojemność i samoindukcja w obwodzie prądu zmiennego, zawada (wzór).
Sens praw Maxwella (jakościowo).

14. Drgania elektryczne i fale elektromagnetyczne
Drgania elektryczne w obwodzie LC, wzór na okres drgań.
Otwarty obwód drgający, powstawanie i rozchodzenie się fal elektromagnetycznych.
Rezonans elektromagnetyczny obwodów LC (odbiór fal radiowych).

15. Fale świetlne i ich własności
Źródło światła, światło jako fala elektromagnetyczna, prędkość światła.
Zwierciadło kuliste wklęsłe, równanie zwierciadła, powiększenie.
Załamanie światła, prawo załamania, współczynnik załamania.
Całkowite wewnętrzne odbicie, kąt graniczny.
Przechodzenie światła przez pryzmat i soczewki (graficzne znajdowanie obrazów soczewkowych).
Równanie soczewki oraz wzór na ogniskową soczewki.
Powiększenie lupy i mikroskopu.
Zdolność skupiająca, dioptria.
Rozszczepienie światła białego w pryzmacie (dyspersja), długość fal w próżni, barwa światła.
Dyfrakcja i interferencja fal świetlnych, doświadczenie Younga.
Siatka dyfrakcyjna, spektroskop z siatką dyfrakcyjną, wyznaczanie długości fal świetlnych.
Polaryzacja światła przy odbiciu.
Polaryzatory, analizatory

16. Kwanty promieniowania
Promieniowanie termiczne; prawo przesunięć Wiena; prawo Stefana-Boltzmana.
Idea kwantów energii M. Plancka.
Zjawisko fotoelektryczne, wzór Einsteina, potencjał hamujący.
Kwantowy charakter światła.
Fotokomórka.
Widma atomów wzbudzonych, analiza widmowa i jej znaczenie.
Wytwarzanie i własności promieniowania X, granica krótkofalowa.
Przegląd zakresów widma elektromagnetycznego (na osi częstości lub długości fali).

17. Atomy i jądra

Doświadczenie Rutherforda.
Model Bohra budowy atomu wodoru – postulaty Bohra, obliczenie promieni orbit oraz energii elektronu na orbitach, wyprowadzenie wzoru
Balmera, serie widmowe wodoru.
Budowa innych atomów.
Charakterystyczne promieniowanie.
X i jego linie widmowe.
Układ okresowy pierwiastków a budowa atomów (opisowo), liczby kwantowe.
Hipoteza de Broglie’a (wzór na długość fali), dyfrakcja elektronów, dualizm korpuskularno falowy.
Jądra atomowe, liczba atomowa (porządkowa), liczba masowa, protony, neutrony, izotopy.
Promieniotwórczość jąder – natura promieniowania alfa, beta, gamma, prawo rozpadu, czas połowicznego rozpadu, przemiany promieniotwórcze.
Masa i energia relatywistyczna, wzór Einsteina.
Deficyt masy w jądrach, energia wiązania jąder.
Rozszczepienie ciężkich jąder atomowych (uran), energia uzyskiwana przy rozszczepianiu jądra, reakcja łańcuchowa, energia jądrowa
(reaktor).
Metale, izolatory, półprzewodniki, ich zastosowanie.