FYZIKA   
  Osnovy pro 1. – 4. ročník čtyřletého a 5. – 8. víceletého gymnázia 
   1. ročník čtyřletého gymnázia
5. ročník osmiletého gymnázia


Přehled tematických celků

1. Fyzikální veličiny a jejich měření
2. Mechanika
3. Mechanika kapalin a plynů

Obsah tematických celků

1. Fyzikální veličiny a jejich měření
Fyzikální veličiny a jejich jednotky, mezinárodní soustava jednotek (SI), zákonné jednotky.
Základní metody měření fyzikálních veličin, chyby měření, absolutní a relativní odchylka měření. Zaokrouhlování číselných hodnot fyzikálních veličin. Skalární a vektorové veličiny.

Doporučené a rozšiřující učivo
Určování absolutních a relativních odchylek měření u součtu, rozdílu, součinu a podílu veličin.

2. Mechanika
Mechanika hmotného vodu a soustavy hmotných bodů
Těleso a hmotný bod. Plocha hmotného bodu, vztažná soustava, relativnost polohy vzhledem ke vztažné soustavě. Mechanický pohyb, relativnost pohybu vzhledem ke vztažné soustavě. Trajektorie a dráha hmotného bodu. Klasifikace pohybů podle tvaru trajektorie, pohyby přímočaré a křivočaré.
Pohyby rovnoměrné a nerovnoměrné. Průměrná a okamžitá rychlost.
Rovnoměrně zrychlený a rovnoměrně zpomalený přímočarý pohyb, zrychlení. Volný pád, zrychlení volného pádu.
Rovnoměrný pohyb hmotného bodu po kružnice, jeho perioda a frekvence. Úhlová rychlost, vztah mezi okamžitou rychlostí a úhlovou rychlostí. Dostředivé zrychlení.
Síla a její znázornění, příklady různých druhů sil. Třecí síla, součinitel smykového tření. Síla pružnosti, tuhost pružiny. Výslednice sil působících na hmotný bod.
První Newtonův pohybový zákon, inerciální vztažná soustava. Druhý Newtonův pohybový zákon, setrvačná hmotnost. Dostředivá síla. Třetí Newtonův pohybový zákon.
Hybnost hmotného bodu a soustavy hmotných bodů. Zákon zachování hybnosti.
Neinerciální vztažná soustava, setrvačná síla.
Ohraničená platnost zákonů klasické mechaniky.
Mechanická práce a mechanická energie
Mechanická práce stálé síly pro obecný směr síly a posunutí tělesa. Výkon. Kinetická energie hmotného bodu. Potenciální tíhová energie. Mechanická energie. Zákon zachování mechanické energie. Příkon, účinnost.
Gravitační pole
Gravitační síla, gravitační pole, gravitační pole homogenní a nehomogenní. Newtonův gravitační zákon. Gravitační zrychlení. Tíhová síla, tíhové pole, tíhové zrychlení. Pohyb těles v homogenním tíhovém poli.
Mechanika tuhého tělesa
Tuhé těleso,jeho posuvný pohyb a otáčivý pohyb kolem pevné osy. Moment síly, výslednice momentů sil, momentová věta. Skládání sil působících v různých bodech tuhého tělesa, dvojice sil. Těžiště tělesa. Rozklad síly na dvě složky.
3. Mechanika kapalin a plynů
Základní vlastnosti tekutin. Ideální kapalina. Tlak v kapalině způsobený vnější tlakovou silou, Pascalův zákon. Hydrostatický tlak. Atmosférický tlak.
Vztlaková síla, Archimedův zákon, podmínky klesání, stoupání a vznášení se těles v tekutině. Ustálené proudění ideální kapaliny, rovnice kontinuity.

Doporučené rozšiřující učivo
Polohový vektor hmotného bodu a jeho pravoúhlé souřadnice.
Základní operace s vektory (sčítání a odčítání vektorů, násobení a dělení vektoru skalárem) a jejich souřadnicemi.
Galileiho princip relativity.
Potenciální energie pružnosti.
Pohyby těles v radiálním gravitačním poli. Keplerovy zákony.
Energie otáčivého pohybu tuhého tělesa.
Moment setrvačnosti hmotného bodu a moment setrvačnosti tuhého tělesa vzhledem k ose otáčení.
Podmínky rovnováhy tuhého tělesa.
Bernoulliho rovnice. Proudění skutečné kapaliny, vnitřní tření v kapalině. Odpor prostředí.
Obtékání těles skutečnou kapalinou, základy fyziky letu.

Náměty laboratorních prací
1. Určení hustoty pevné nebo kapalné látky z naměřené hmotnosti a objemu.
2. Experimentální studium rovnoměrně zrychleného pohybu tělesa.
3. Měření smykové třecí síly a valivého odporu.
4. Experimentální studium vzájemných přeměn mechanických forem energie.
5. Určení tíhového zrychlení.
6. Měření hustoty kapaliny s využitím Archimedova zákona.


2. ročník čtyřletého gymnázia
6. ročník osmiletého gymnázia


Přehled tematických celků

1. Molekulová fyzika a termika
2. Kmitání mechanického oscilátoru
3. Mechanické vlnění. Zvuk

Obsah tematických celků

1. Molekulová fyzika a termika
Základní poznatky molekulové fyziky a termiky
Základní kinetické teorie stavby látek a její experimentální potvrzení (difuze, Brownův pohyb, tlak plynu). Relativní atomová a molekulová hmotnost. Látkové množství, Avogadrova konstanta, molární hmotnost a objem.
Modely struktury látek v různých skupenstvích.
Termodynamická soustava, stavové veličiny, rovnovážný stav a děj, izolovaná soustava. Termodynamická teplota.
Vnitřní energie, práce a teplo
Vnitřní energie tělesa a soustavy těles. Změna vnitřní energie při konání práce a tepelné výměně. Teplo. Tepelná a měrná tepelná kapacita. Kalorimetrická rovnice. První termodynamický zákon.
Struktura a vlastnosti plynů, pevných látek a kapalin
Ideální plyn. Stavová rovnice ideálního plynu pro konstantní hmotnost plynu. Speciální případy stavové rovnice pro: děj izotermický, děj izobarický a děj izochorický. Adibatický děj. Plyn při nízkém a vysokém tlaku.
Práce plynu při stálém a proměnném tlaku. Kruhový děj a jeho účinnost. Druhý termodynamický zákon. Tepelné motory.
krystalické a amorfní látky. Krystalová mřížka.
Deformace pevného tělesa. Normálové napětí, relativní prodloužení. Hookův zákon. Mez pevnosti.
Teplotní roztažnost pevných těles, součinitel teplotní délkové a objemové roztažnosti pevných látek.
Povrchová vrstva kapaliny. Povrchová síla a povrchové napětí. Kapilarita.
Teplotní objemová roztažnost kapalin, anomálie vody.
Změny skupenství látek
Tání a tuhnutí. Skupenské a měrné skupenské teplo tání a tuhnutí.
Vypařování a var. Skupenské a měrné skupenské teplo vypařování a kondenzace. Sytá a přehřátá pára.
Sublimace a desublimace.
Vodní pára v atmosféře.

2. Kmitání mechanického oscilátoru
Kmitavý pohyb, jeho perioda a frekvence. Mechanický oscilátor, harmonický a kmitavý pohyb. Kinematika
harmonického kmitavého pohybu: okamžitá výchylka, amplituda výchylky, rychlost, zrychlení, úhlová frekvence a fáze. Časový diagram harmonického pohybu.
Dynamika vlastního kmitání mechanického oscilátoru. Tlumené kmitání.
Nucené kmitání mechanického oscilátoru, rezonance.

3. Mechanické vlnění. Zvuk
Mechanické vlnění v pružném prostředí. Postupné příčné a podélní mechanické vlnění, vlnová délka, frekvence, fázová rychlost.
Interference vlnění. Odraz vlnění v řadě bodů. Stojaté vlnění. Chvění mechanických soustav. Vlnění v isotropním prostředí. Huygensův princip, vlnoplocha, paprsek. Odraz vlnění na rozhraní dvou prostředí. Zvuk jako mechanické vlnění, zdroje zvuku. Rychlost zvuku a její souvislost s prostředím, v němž se zvuk šíří, závislost rychlosti zvuku na teplotě prostředí. Frekvence (kmitočet) zvuku. Akustická intenzita. Hlasitost zvuku. Pohlcování zvuku různými prostředími. Infrazvuk a ultrazvuk.


Doporučené rozšiřující učivo
Rovnovážný stav jako stav s největší pravděpodobností.
Rozdělení molekul ideálního plynu podle rychlostí, střední kvadratická rychlost molekul.
Základní rovnice pro tlak ideálního plynu.
Obecná stavová rovnice pro ideální plyn, molární plynová konstanta. Stavové změny ideálního plynu z energetického hlediska. Poissonův zákon.
Kritický stav látky.
Vedení tepla.
Styk kapaliny se stěnou nádoby. Kapilární tlak.
Složené kmitání.
Rovnice postupné harmonické vlny.
Lom a ohyb vlnění.
Vznik zvuku v hudebních nástrojích.
Dopplerův princip.

Náměty laboratorních prací
1. Přibližné určení průměru molekuly kyseliny olejové.
2. Určení měrné tepelné kapacity směšovacím nebo elektrickým kalorimetrem.
3. Určení teploty tělesa nepřímou metodou s použitím kalorimetru.
4. Určení povrchového napětí.
5. Ověření Hookova zákona.
6. Určení měrného skupenského tepla tání ledu či varu vody.
7. Určení hmotnosti tělesa mechanickým oscilátorem.
8. Ověření vztahu pro periodu matematického kyvadla.
9. Měření rychlosti zvuku otevřeným rezonátorem.


3. ročník čtyřletého gymnázia
7. ročník osmiletého gymnázia


Přehled tematických celků

1. Elektřina a magnetismus
2. Elektrický proud v látkách
3. Magnetické pole
4. Střídavý proud
5. Elektromagnetické kmitání a vlnění

Obsah tematických celků

1. Elektřina a magnetismus
Elektrický náboj a elektrické pole
Elektrický náboj a jeho vlastnosti. Coulombův zákon. Permitivita vakua, relativní permitivita.
Elektrické pole, intenzita elektrického pole, elektrická siločára. Homogenní a nehomogenní elektrické pole. Práce sil elektrického pole. Elektrické napětí. Elektrický potenciál.
Vodiče a izolanty v elektrickém poli, elektrostatická indukce.
Kapacita vodiče, kondenzátor.

2. Elektrický proud v látkách
Podmínky vzniku elektrického proudu. Elektrický proud jako děj a jako veličina.
Elektrický zdroj, elektromotorické napětí zdroje.
mechanismus vedení elektrického proudu v kovech. Ohmův zákon pro část obvodu. Elektrický odpor vodiče, rezistivita. Rezistor a jeho voltampérová charakteristika. Odpor kovu jako funkce teploty, supravodivost.
Spojování vodičů (rezistorů) za sebou a vedle sebe, výsledný odpor vodičů spojených za sebou a vedle sebe. Ohmův zákon pro uzavřený obvod. Vnitřní odpor zdroje, svorkové napětí.
Elektrická práce a elektrický výkon v obvodech stejnosměrného proudu. Elektrická energie.
Pojem polovodiče, odpor polovodiče jako funkce teploty, termistor. Fotorezistor. Mechanismus vedení elektrického proudu v polovodičích. Vlastní a příměsové polovodiče. Fotodioda. Polovodiče typu P a typu N. PN přechod. Polovodičová dioda a její voltampérová charakteristika. Tranzistor (kvalitativně).
Mechanismus vedení elektrického proudu v kapalinách. Elektrolýza, praktické využití elektrolýzy.
Mechanismus vedení elektrického proudu v plynech. Samostatný a nesamostatný výboj.
Emise elektronů, obrazovka.

3. Magnetické pole
Magnetické pole vodičů s proudem. Indukční čára. Vzájemné silové působení mezi vodičem s proudem a magnetem. Magnetická indukce. Vzájemné silové působení mezi vodiči s proudem, permeabilita.
Částice s nábojem v magnetickém poli.
Látky v magnetickém poli. Magnetické materiály v technologické praxi.
Magnetický indukční tok. Elektromagnetická indukce, indukované elektromotorické napětí. Faradayův zákon elektromagnetické indukce. Lenzův zákon.
Vlastní indukce, indukčnost.

4. Střídavý proud
Vznik střídavého napětí a proudu. Časový průběh harmonického střídavého proudu, resp. napětí. Frekvence (kmitočet) střídavého proudu, resp. napětí.
obvody střídavého proudu s R, obvody střídavého proudu s L a obvody střídavého proudu s C. Impedance obvodu střídavého proudu.
Výkon střídavého proudu,efektivní hodnoty napětí a proudu.
Generátor střídavého napětí. Elektromotor. Transformátor. Elektrická rozvodná síť, přenosová soustava energetiky, elektrárna.

5. Elektromagnetické kmitání a vlnění
Oscilační obvod a jeho parametry. Vlastní kmitání elektromagnetického oscilátoru, Thomsonův vztah.
Nucené elekromagnetické kmitání. Rezonance.
Vznik elektromagnetického vlnění, elektromagnetická vlna, její elektrická magnetická složka, vlnová délka. Polarizace, interference, odraz a ohyb elektromagnetického vlnění. Šíření elektromagnetického vlnění a jeho rychlost, vliv prostředí na rychlost elektromagnetického vlnění. Vysílač. přijímač.

Doporučené rozšiřující učivo
Polarizace dielektrika.
Spojování kondenzátorů za sebou a vedle sebe.
První a druhý Kirchhoffův zákon.
Faradayovy zákony elektrolýzy.
Hallův jev.
Fázory.
Obvody s RLC v sérii.
Trojfázová soustava střídavého napětí, asynchronní elektromotor.
Usměrňovač s polovodičovou diodou.
Luminiscenční dioda.
Tranzistorový zesilovač. Integrované obvody.
Elektromagnetický dipól. Elekromagnetické pole. Elektromagnetická interakce.
Elektromagnetický signál, přenosová soustava sdělovací techniky. Elekroakustické měniče, mikrofon, reproduktor.
Modulace a demodulace elektromagnetického signálu, princip rozhlasového a televizního vysílání a příjmu.

Náměty laboratorních prací
1. Měření proudu a napětí.
2. Měření odporu rezistoru různými metodami.
3. Určení voltampérové charakteristiky žárovky.
4. Určení závislosti odporu kovového vodiče na teplotě různé látky.
5.Závislost svorkového napětí zdroje na elektrickém proudu v obvodu, určení elektromotorického napětí.
6. Měření rezistivity kovového vodiče.
7. Určení indukčnosti cívky pomocí střídavého proudu.
8. Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody.
9. Určení převodní charakteristiky tranzistoru.


4. ročník čtyřletého gymnázia
8. ročník osmiletého gymnázia


Přehled tematických celků

1. Optika
2. Speciální teorie relativity
3. Fyzika mikrosvěta
4. Astrofyzika
5. Fyzika v širších souvislostech

Obsah tematických celků

1. Optika
Vlnové vlastnosti světla
Šíření světla v různých prostředích, optické prostředí. rychlost světla, jeho frekvence a vlnová délka. Světelný paprsek.
Odraz a lom světla na rozhraní dvou různých prostředí, index lomu. Rozklad světla hranolem, optické spektrum, barva světla.
Interference, ohyb a polarizace světla.
Zobrazování optickými soustavami
Principy paprskové optiky. Optická soustava a optické zobrazení. Zobrazení odrazem na rovinném a kulovém zrcadle. Zobrazovací rovnice kulového zrcadla. Zobrazení lomem na (tenkých) čočkách. Zobrazovací rovnice tenké čočky. Zorný úhel. Lupa. Optické vlastnosti oční čočky, krátkozrakost a dalekozrakost.
Elektromagnetické záření
Přehled druhů elektromagnetického záření. Tepelné záření, Infračervené a ultrafialové záření. Rentgenové záření.

Doporučené rozšiřující učivo
Koherence světelného vlnění, optická dráha. Interference světla na tenké vrstvě. Interference světla při ohybu na optické mřížce.
Holografie.
Příčné a úhlové zvětšení při optickém zobrazování.
Zobrazení některými dalšími optickými soustavami (mikroskopem, dalekohledem, různými druhy projektorů).
Optická vlákna a jejich použití.
Energie elektromagnetického záření. Zářivý a světelný tok. Intenzita vyzařování. Svítivost. Zákony záření černého tělesa.

2. Speciální teorie relativity
Základní principy speciální teorie relativity. Relativnost současnosti, dilatace času a kontrakce délek. Relativistický vztah pro skládání rychlostí.
Relativistická hmotnost. Vztah mezi energií a hmotností tělesa ve speciální teorii relativity.

Doporučené rozšiřující učivo
Zákony zachování energie a hybnosti ve speciální teorii relativity.

3. Fyzika mikrosvěta
Základní poznatky kvantové fyziky
Fotoeletrický jev, Einsteinova teorie tohoto jevu. Foton, energie fotonu.
Vlnové vlastnosti mikročástic a jejich experimentální ověření. Korpuskulární a vlnová povaha záření a částic.
Fyzika elektronového obalu
Elektronový obal, kvantování energie atomu. Čárové spektrum atomu vodíku.
Emise a absorbce světla atomem, emisní a absorbční spektra.
Stimulování emise záření, laser.
Jaderná fyzika
Metody detekce částic, urychlovače částic, jaderné záření.
Stavba jádra atomu. Isotopy prvků, nuklidy.
Hmotnostní úbytek a vazební energie jádra. Jaderné síly. Syntéza a štěpení jader. Termonukleární syntéza. Řetězová reakce, jaderný reaktor, jaderná elektrárna.
Přirozená radioaktivní přeměna prvků, umělá přeměna prvků, poločas přeměny. Radionuklidy, využití radionuklidů v praxi, ochrana člověka a jeho životního prostředí před škodlivými účinky jaderného záření.
Struktura subnukleárních částic, kvarky.

Doporučené rozšiřující učivo
Kvantově mechanický model atomu vodíku, kvantová čísla, orbital. Chemická vazba.
Časový průběh radioaktivní přeměny.
Absorbce jaderného záření.
Jaderné procesy a zákony zachování.

4. Astrofyzika
Základní stavba vesmíru: hvězdy a jejich planety, galaxie a soustavy galaxií, kosmická fyzikální pole a záření, další hmotné objekty.
Zdroje energie ve hvězdách, vývoj hvězd.
Rozpínání a vývoj vesmíru.
Lety umělých těles do vesmíru.

Doporučené rozšiřující učivo
Zářivé výkony a povrchové teploty hvězd.
Černé díry, kvazary, neutronové hvězdy.
Hubbleův vztah.

5. Fyzika v širších souvislostech
Vývoj fyzikálního obrazu světa. Fyzika a její vztah k ostatním přírodním vědám a k filozofii. Fyzika a rozvoj moderních technologií. Fyzika a ochrana životního prostředí.

Náměty laboratorních prací
1. Měření ohniskové vzdálenosti čočky.
2. Měření vlnové délky světla.
3. Měření indexu lomu.
4. Studium vlastností jaderného záření (např. pomocí soupravy GAMABETA).

Seminář a cvičení z fyziky


a) 3.ročník (čtyřletého studia)


1. Obecné aspekty fyziky
2. Fyzika a filozofie
a) Počátky filosofie a přírodních věd
b) Fyzika, astronomie a filozofie v období renesance
c) Fyzika, astronomie a filozofie XVII. a XVIII. století
d) Fyzika, astronomie a filozofie XIX. a XX. století
e) Fyzika, astronomie a filozofie našeho století
3. Registrace dat a měřících a početních postupů
4. Numerické výpočty
5. Fyzikální modely - užití PC
6. Některé kinematické veličiny
7. Zákony zachování
a) Hybnost a moment hybnosti
b) Energie oscilátoru a rotujících těles
c) Energie proudící tekutiny
d) Energie těles ve sluneční soustavě
8. Pole centrálních sil
9. Základy kosmonautiky a astronomie
a) Dynamika kosmického letu
b) Raketová technika
c) Umělá kosmická tělesa
d) Základy astronomie , astronomické jednotky
10. Fyzika pevných látek
a) Ideální krystalová struktura
b) Experimentální metody zkoumání struktury krystalů
c) Vazby v pevných látkách
d) Reálný krystal a poruchy krystalové mřížky
e) Mechanické a tepelné vlastnosti pevných látek
f) Elektrické vlastnosti pevných látek
g) Magnetické vlastnosti pevných látek
h) Optické vlastnosti krystalů
11. Termodynamika a statistická fyzika
12. Řešení úloh FO



b) 4.ročník (čtyřletého studia)

1. Systematizace a prohlubování poznatků z jednotlivých témat studia fyziky na SŠ
2. Fyzikální veličiny a jejich měření
Určování absolutních a relativních odchylek měření u součtu, rozdílu, součinu a podílu veličin.
3. Mechanika
Polohový vektor hmotného bodu a jeho pravoúhlé souřadnice.
Základní operace s vektory (sčítání a odčítání vektorů, násobení a dělení vektoru skalárem)
a jejich souřadnicemi.
Galileiho princip relativity.
Potenciální energie pružnosti.
Pohyby těles v radiálním gravitačním poli. Keplerovy zákony.
Energie otáčivého pohybu tuhého tělesa.
Moment setrvačnosti hmotného bodu a moment setrvačnosti tuhého tělesa vzhledem k ose otáčení.
Podmínky rovnováhy tuhého tělesa.
Bernoulliho rovnice. Proudění skutečné kapaliny, vnitřní tření v kapalině. Odpor prostředí.
Obtékání těles skutečnou kapalinou, základy fyziky letu.

4. Molekulová fyzika a termika
Rovnovážný stav jako stav s největší pravděpodobností.
Rozdělení molekul ideálního plynu podle rychlostí, střední kvadratická rychlost molekul.
Základní rovnice pro tlak ideálního plynu.
Obecná stavová rovnice pro ideální plyn, molární plynová konstanta. Stavové změny ideálního plynu z energetického hlediska. Poissonův zákon.
Kritický stav látky.
Vedení tepla.
Styk kapaliny se stěnou nádoby. Kapilární tlak.

5. Mechanické kmitání a vlnění
Složené kmitání.
Rovnice postupné harmonické vlny.
Lom a ohyb vlnění.
Vznik zvuku v hudebních nástrojích.
Dopplerův princip.

6. Elektřina a magnetizmus
Polarizace dielektrika.
Spojování kondenzátorů za sebou a vedle sebe.
První a druhý Kirchhoffův zákon.
Faradayovy zákony elektrolýzy.
Hallův jev.
Fázory.
Obvody s RLC v sérii.
Trojfázová soustava střídavého napětí, asynchronní elektromotor.
Usměrňovač s polovodičovou diodou.
Luminiscenční dioda.
Tranzistorový zesilovač. Integrované obvody.
Elektromagnetický dipól. Elekromagnetické pole. Elektromagnetická interakce.
Elektromagnetický signál, přenosová soustava sdělovací techniky. Elekroakustické měniče, mikrofon, reproduktor.
Modulace a demodulace elektromagnetického signálu, princip rozhlasového a televizního vysílání a příjmu.
7. Optika
Koherence světelného vlnění, optická dráha. Interference světla na tenké vrstvě. Interference světla při ohybu na optické mřížce.
Holografie.
Příčné a úhlové zvětšení při optickém zobrazování.
Zobrazení některými dalšími optickými soustavami (mikroskopem, dalekohledem, různými druhy projektorů).
Optická vlákna a jejich použití.
Energie elektromagnetického záření. Zářivý a světelný tok. Intenzita vyzařování. Svítivost. Zákony záření černého tělesa.
8. Kvantová mechanika
Kvantově mechanický model atomu vodíku, kvantová čísla, orbital. Chemická vazba.
Časový průběh radioaktivní přeměny.
Absorbce jaderného záření.
Jaderné procesy a zákony zachování.
9. Astrofyzika
Zářivé výkony a povrchové teploty hvězd.
Černé díry, kvazary, neutronové hvězdy.
Hubbleův vztah.
10. Speciální teorie relativity
Zákony zachování energie a hybnosti ve speciální teorii relativity.