Bloki tematyczne doświadczeń
A - Mechanika – eksperymenty obejmują następujące zagadnienia: kinematyka ruchu postępowego i obrotowego (badanie ruchów, składanie ruchów), dynamika (zasady Newtona, zasada zachowania pędu, uogólniona postać drugiej zas. dyn. siły w ruchu obrotowym), siły oporu (tarcie, siły oporu ośrodka), ruch w układach nieinercjalnych, zderzenia, przemiany energii, ruch obrotowy bryły sztywnej (moment bezwładności, zasada zachowania momentu pędu), maszyny proste.
B – Drgania i fale - eksperymenty obejmują następujące zagadnienia:
a) ruch drgający - kinematyka i dynamika ruchu drgającego, przemiany energii, drgania wymuszone, rezonans, wahadła.
b) fale mechaniczne – rodzaje i mechanizm rozchodzenia się fal, zasada Huygensa, odbicie, załamanie, interferencja, dyfrakcja, fale stojące.
c) akustyka – cechy dźwięku, jak działa ucho, echo, pogłos, dudnienie, zjawisko Dopplera, rezonans akustyczny.
C- Hydrostatyka i zjawiska powierzchniowe w cieczach – eksperymenty obejmują następujące zagadnienia:
a) hydrostatyka - siła wyporu (nurek Kartezjusza - analiza działania, prawo Archimedesa), ciśnienie hydrostatyczne, prawo Pascala, naczynia połączone.
Eksperymentom towarzyszy rozwiązywanie problemów teoretycznych oraz pokaz urządzeń w których mają zastosowanie prawa statyki cieczy i gazów.
b) zjawiska powierzchniowe w cieczach – napięcie powierzchniowe, włoskowatość.
D – Aerodynamika - eksperymenty obejmują następujące zagadnienia: prawo Bernoulliego i zjawiska z nim związane (m.in. lewitowanie piłek w strudze powietrza, działanie płatu skrzydła, działanie spryskiwaczy, „strzelanie” z wykorzystaniem prawa Bernoulliego), siła Magnusa (tajemnice podkręconych piłek), paradoks aerodynamiczny.
E – Elektrostatyka - eksperymenty obejmują następujące zagadnienia: sposoby elektryzowania oraz wzajemne oddziaływanie ciał naelektryzowanych, pokaz linii pola (m.in. z wykorzystaniem generatora van de Graffa i aplikacji komputerowej), rozkład ładunków na powierzchni przewodnika (m.in. obserwacja ucieczki ładunków z pow. przewodnika), ruch naładowanej cząstki w polu elektrycznym (m.in. z wykorzystaniem aplikacji komputerowej), dielektryk w polu elektrycznym, kondensatory i butelka lejdejska, „silnik” elektrostatyczny.
F – Pole magnetyczne - eksperymenty obejmują następujące zagadnienia:
a) magnesy stałe, czy Ziemia jest magnesem (temp. Curie)
b) linie pola magnetycznego (różnych konfiguracji magnesów, ekranowanie magn.)
c) doświadczenie Oersteda i jego znaczenie
d) skąd bierze się pole magnetyczne (tajemnica pola magnetycznego, teoria Ampera, paramagnetyki, diamagnetyki, ferromagnetyki, zjawisko indukcji magnetycznej
e) oddziaływanie wzajemne przewodników z prądem
f) linie pola wokół przewodników z prądem (liniowego, zwoju, zwojnicy, dwóch zwojnic)
g) siła elektrodynamiczna (działanie siły na przewodnik z prądem w polu magn.
h) elektromagnesy (działanie zwojnicy z rdzeniem i bez rdzenia, rozrywanie elektromagnesu z uchwytami, dzwonek elektryczny, głośnik elektryczny)
i) silniki prądu stałego (budowa i działanie silnika komutatorowego, „zbuduj w 5 sekund najprostszy silnik”).
G – Indukcja elektromagnetyczna - eksperymenty obejmują następujące zagadnienia:
a) doświadczenie Faradaya (różne warianty)
b) reguła Lenza (reakcja pierścieni na pole magnesu i zwojnicy, działo indukcyjne)
c) prądy wirowe (wahadło Waltenhofena, różne warianty doświadczeń z hamowaniem prądami wirowymi).
d) pole wirujące i silnik indukcyjny Tesli
e) prądnice
f) transformator (wiele wariantów eksperymentów, znaczenie transformatorów przy przesyle energii)
g) induktor Rumkorffa (pokaz wyładowań niezupełnych, iskrowych i łukowych, drabina Jakoba).
H – Optyka geometryczna i falowa – także w kontekście teleskopów i problematyki obserwacji astronomicznych - eksperymenty obejmują następujące zagadnienia:
a) odbicie światła (powstawanie obrazów w zwierciadłach płaskich i wklęsłych,
b) załamanie promieni świetlnych (płytka równoległościenna, załamanie na granicy ośrodków, całkowite wewnętrzne odbicie oraz światłowody, pryzmat, rozszczepienie światła)
c) soczewki i układy optyczne, działanie oka, wady wzroku
d) lornetka, luneta Keplera i luneta Galileusza, teleskop w układzie Newtona i Cassegraina,
e) problemy związane z obserwacjami astronomicznymi - wpływ atmosfery na obserwacje (m.in. dlaczego niebo jest niebieskie i dlaczego gwiazdy mrugają, słońce o zachodzie), czego wymagamy od dobrego sprzętu obserwacyjnego, teleskop Hubblea, współczesne teleskopy naziemne, fotodetektory, ciekawostka: zwierciadło z … rtęci!)
f) o czym mówi analiza widmowa światła gwiazd
g) zjawisko interferencji i dyfrakcji (m.in. jak wygląda talerz z dużej odległości, płyta kompaktowa jako siatka dyfrakcyjna), polaryzacja światła
h) radioteleskopy i astronomia interferencyjna.
Tematy wprowadzające
Przedstawione niżej tematy mogą stanowić wprowadzenie do eksperymentów – o ile zadecyduje tak opiekun grupy. Czas realizacji – 15 do 30 min.
a) Matematyka – czym jest i jaka jest jej rola w naszym życiu i w funkcjonowaniu Wszechświata
Czego dowie się uczeń?
Jaka jest rola matematyki w organizowaniu mikro- i makro- struktur Wszechświata? Dlaczego w fizyce muszą być nielubiane wzory? Biorąc do ręki akademicki podręcznik matematyki zobaczy, ku czemu zmierza jego matematyczna edukacja i jak wygląda obraz „prawdziwej” matematyki. Dowie się, że matematyka może być piękna - jeśli pracując cierpliwie i systematycznie dotrze się na jej wyżyny.
Ucząc się matematyki rozwija się inteligencję, uczy się myślenia ścisłego, logicznego. Rozwija wyobraźnię – niezbędną w twórczym myśleniu, a potrzebną nawet poetom! Warto uczyć się matematyki, gdyż jest na maturze i stanowi przepustkę do stania się w przyszłości inżynierem, naukowcem, czy dobrym informatykiem.
Dowiadując się tego, uczeń nabiera motywacji do nauki matematyki – a to ważne jest dla niego, jak i dla nauczyciela.
b) Wszechświat jest piękny!
Opowieści i kosmiczne podróże po rozległym Wszechświecie – ilustrowane prawdziwymi obrazami obiektów kosmicznych oraz wizjami artystycznymi i „kosmiczną” muzyką (także tą „prawdziwą”, docierającą z obiektów kosmicznych).
Czy jesteśmy samotni w tym ogromie Wszechświata, czy też istnieją gdzieś planety podobne do Ziemi, na których istnieją rozumne istoty? Jakie problemy wiążą się z podróżami kosmicznymi?