הפריטים )עמודה אמצעית( המודגשים באפור - נפלו במיקוד תשס"ח

Transkript

1 תוכנית לימודים המפורטת כאן נלקחה מ"נספח א" בספר "לקט מבחני בגרות בפיסיקה" מאת עדי רוזן, בהוצאת מכון ויצמן למדע. הערה: בתכנית הלימודים המסומנות ב-)*( אינן נכללות בחומר החובה. מכניקה פרק 1: קינמטיקה 1.1 מושגים קינמטיים בסיסיים בתנועה לאורך קו ישר - מושגי היסוד "אורך" ו"זמן": מדידתם ויחידותיהם, מערכת היחידות התקנית.SI - המושגים: "ציר מקום", "מערכת ייחוס", "מקום יחסי", "מרחק", "העתק", "דרך". T x x2 - x1 x x - x A, B A B Tx v Tt x x 0 + vt v v - v A, B A, S B, S 1.2 תיאור תנועה - מקום כפונקציה של הזמן 1.3 תנועה קצובה לאורך קו ישר 1.4 תנועה יחסית - תיאור מקומו של גוף כפונקציה של הזמן על ידי ההצגות: טבלה, גרף, ביטוי מתמטי. - יתרונות וחסרונות של ההצגות השונות. - תרשים תנועה )"תרשים עקבות"(. - תנועה קצובה; המהירות בתנועה קצובה. - תיאור המקום כפונקציה של הזמן )ובקיצור: פונקציית מקום-זמן( על ידי ביטוי אלגברי ועל ידי גרף. - המהירות כשיפוע הגרף. - תנועה קצובה למקוטעין. - מהירות ממוצעת. - יחסיות התנועה. - מהירות יחסית.

2 Tx v Tt v Tx lim t Tt " 0 T v v 0 + at x x0 + v0t + at v0 v x x0 + + t 2 0 v2 v + a( x x ) Tv a Tt a v a Tv lim t Tt " 0 T Tr lim t Tt " 0 T Tv lim t Tt " 0 T תנועה במהירות משתנה 1.6 תנועה בתאוצה קבועה 1.7 תנועה בתאוצה משתנה 1.8 מושגים קינמטיים בסיסיים בתנועה במישור - המושגים: "מהירות ממוצעת", "מהירות רגעית". - מהירות ממוצעת כשיפוע מיתר בגרף מקום-זמן. - מהירות רגעית כשיפוע משיק בגרף מקום-זמן. - תנועה בתאוצה קבועה. - הצגת המקום והמהירות כפונקציה של הזמן ע"י ביטויים אלגבריים וע"י גרפים. - נפילה חופשית, זריקה אנכית. - המושגים: "תאוצה ממוצעת", "תאוצה רגעית". - תאוצה ממוצעת כשיפוע מיתר בגרף מהירות-זמן. - תאוצה רגעית כשיפוע משיק בגרף מהירות-זמן. - המושגים: "מקום" ו"העתק" בתנועה במישור. - אפיון הווקטור באמצעות גודל וכיוון, חיבור וקטורים בדרך גאומטרית, שוויון וקטורים, וקטור האפס, וקטור נגדי, וקטור שקול, חיסור וקטורים בדרך גאומטרית. - רכיבים של וקטור, חיבור וקטורים בדרך אלגברית, כפל וקטור בסקלר. 1.9 וקטורים 1.10 המהירות והתאוצה בתנועה במישור - המושגים: "מהירות כווקטור", "תאוצה כווקטור". - כיוון התאוצה בתנועה קצובה על מסלול עקום. - רכיבי תאוצה: רכיב משיקי ורכיב ניצב למשיק )רדיאלי(.

3 פרק 2: דינמיקה 2.1 כוחות ומדידתם - המושג "כוח", כוח הכובד. - תכונת האלסטיות ותכונת הלינאריות של קפיץ. F k T, F F 1 2,, 2 1 f k m k N f s m s N SF ma m ρ V - דינמומטר. 2.2 תכונות של כוחות - הגדרה ראשונית של יחידת הכוח "ניוטון". - מאזני קפיץ; הגדרה ראשונית למושג "משקל" ככוח הכובד. - הכוח כווקטור. - המושג "כוח שקול". - חיבור כוחות )באופן גאומטרי ובאופן אלגברי(. - החוק השלישי של ניוטון. - התמדה. - תנאי להתמדה 0( F.) S - התמדה בציר מסוים. 2.3 התמדה 2.4 מתיחות, כוח נורמלי וכוח חיכוך 2.5 ניתוח מצבי התמדה פשוטים 2.6 החוק השני של ניוטון 2.7 כוח הכובד והמסה כמדד לעצמתו - מתיחות בחתך רוחב ומתיחות של חוט. - כוח נורמלי; מודל קפיצים. - אדהזיה; חיכוך קינטי; חיכוך סטטי. דוגמאות: - גוף נגרר במהירות קבועה על משטח אופקי באמצעות כוח אופקי ובאמצעות כוח נטוי. - הקשר בין כיוון הכוח השקול לבין כיוון התאוצה בתנועה בקו ישר ובמישור. - הקשר בין גודל הכוח השקול לבין גודל התאוצה בתנועה לאורך קו ישר ובמישור ] a Ä SFg. F - המסה של גוף כמדד להתמדתו )מסה התמדית( m. S a - הקילוגרם - יחידת המסה ב-.SI - ניסוח החוק השני של ניוטון. - משוואת תנועה. - המסה של גוף כמדד לעצמת כוח הכובד הפועל עליו )מסה כובדית(. - מדידת מסה באמצעות מאזני כפות. - צפיפות ומשקל סגולי.

4 2.8 יישום החוק השני לגבי תנועה לאורך קו ישר 2.9 תנועה במישור בהשפעת כוח קבוע 2.10 תנועה מעגלית דוגמאות: - תנועה על משטח אופקי ועל משטח משופע בהזנחת החיכוך וללא הזנחתו. - תנועת מעלית. - הוראת מאזני קפיץ הנמצאים בתוך מעלית כאשר היא נעה במהירות קבועה, כאשר היא מואצת וכאשר היא נופלת חופשית. - כוחות חיכוך הפועלים על מכונית בהאצה ובבלימה; האצת גוף באמצעות כוח חיכוך. - מד-תאוצה - גוף קשור בחוט לתקרת מכונית מואצת. - האצת שני גופים הקשורים בחוט. - המושגים "דטרמיניזם" ו"יכולת ניבוי". - זריקה אופקית: הרכיבים האופקיים והאנכיים של המקום, המהירות והתאוצה; התנועה הדו-ממדית. - זריקה משופעת. - הכללה לתנועה בהשפעת כוח קבוע. - התאוצה והכוח בתנועה קצובה במעגל. - תנועה קצובה במעגל כתנועה מחזורית: זמן-מחזור, תדירות. - מהירות זוויתית בתנועה קצובה במעגל. - דוגמאות לתנועה קצובה במעגל: 1. מטוטלת קונית. 2. תנועה על כביש מעגלי, אופקי ונטוי. - התאוצה והכוח בתנועה מעגלית שאינה קצובה. - מהירות זוויתית רגעית. - דוגמה לתנועה מעגלית שאינה קצובה: מטוטלת פשוטה. a R v2 R v SF m 2 R Tθ w Tt Tθ w lim Tt " 0T t v v v A, B A, S - B, S a a - a A, B A, S B, S w mg 2.11 מערכות ייחוס - המושג "גוף חופשי". - החוק הראשון של ניוטון. - כדור הארץ כמערכת ייחוס אינרציאלית בקירוב. - מטוטלת פוקו )איכותי(. - עקרון היחסות של גלילאו. - הטרנספורמציה של גלילאו עבור התאוצה )תנועה לאורך קו ישר(. - עקרון האקוויוולנציה ושימוש בו לניתוח תנועה ביחס למערכות מואצות. - המושגים: "משקל", "כיוון מטה", "כיוון אופקי".

5 פרק 3: התנע ושימורו J FTt J SFdt 3.1 מתקף, תנע והקשר ביניהם - המושג "מתקף" של כוח קבוע וייצוגו באמצעות ביטוי מתמטי. - מתקף של כוח משתנה בגודלו וייצוגו באמצעות ה"שטח" הנתחם ע"י עקומת כוח-זמן וציר הזמן. - המתקף הכולל הפועל על גוף. - המושג "תנע" וייצוגו באמצעות ביטוי מתמטי. - המתקף הכולל הפועל על גוף כשינוי התנע של הגוף. - הכוח כקצב שינוי התנע. כולל p mv J Tp כולל dp SF dt m v + m v m u + m u p p + p 1 P Cost חוק שימור התנע - המושג "מערכת סגורה". - שימור תנע במערכת דו-גופית סגורה. - חוק שימור התנע. 3.3 יישומים של חוק שימור התנע - התנגשויות. - רתע. - שימור תנע במהלך אינטראקציה. - הנעה רקטית )איכותי(. פרק 4: אנרגיה מכנית ושימורה 4.1 אנרגיה קינטית, עבודה והקשר ביניהם - המושג "אנרגיה קינטית". - עבודה הנעשית על גוף נקודתי: 1( כאשר המסלול הוא קו ישר והכוח קבוע - ייצוג העבודה באמצעות נוסחה. 2( כאשר המסלול הוא קו ישר והכוח משתנה - ייצוג העבודה כ"שטח" המתאים. 3( כאשר המסלול הוא קו עקום והכוח משתנה - ייצוג רעיון החישוב באמצעות חלוקה להעתקים קטנים. תחושב במפורט עבודת הכוח השקול בתנועה מעגלית קצובה. - "משפט עבודה-אנרגיה" - הוכחה עבור מקרים )1( ו-) 2 ( לעיל והרחבה )ללא הוכחה( למקרה )3(. E k mv 2 W F Tx W # F dx x 1 x 2 x W DE k כוללת

6 4.2 אנרגיה פוטנציאלית - כוחות משמרים וכוחות שאינם משמרים. - אנרגיה פוטנציאלית כובדית. U G mgy Usp kx2 - אנרגיה פוטנציאלית אלסטית. W A B E B E A - אנרגיה מכנית כוללת. 4.3 E A E B - שימור האנרגיה המכנית. שימור אנרגיה מכנית - שיקולי כוחות ואנרגיה הינתקות מן המסלול המעגלי. תנועה במעגל אנכי 4.5 היבטים אנרגטיים בהתנגשות 4.6 ה ספק ונצילות - המרות אנרגיה בהתנגשות פלסטית; אנרגיה פנימית. - התנגשות אלסטית; המהירות היחסית בהתנגשות אלסטית. - המושגים "הספק" ו"נצילות". v1 - v2 _ u1 - u2 i TW P Tt פרק 5: מודל הגז האידאלי 5.1 תכונות מקרוסקופיות של גזים - המושגים "לחץ" ו"טמפרטורה". - תיאור התנהגות גז תחת שינויי נפח, לחץ וטמפרטורה. - המושג "האפס המוחלט". F p A pv T +. Cost. Cost. - המושגים "גז אידאלי" ו"גז ראלי". - הנחות המודל הקינטי פיתוח ביטוי מתמטי ללחץ שמפעיל גז אידאלי הסבר התנהגות גז 2 c Nmv אידאלי באמצעות p m V המודל הקינטי 5.3 החוק הראשון והחוק השני של התרמודינמיקה - טמפרטורה של גז כמדד לאנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות הגז. - הקבוע של בולצמן. - משוואת המצב של הגז האידאלי. - המושגים "אנרגיה תרמית", "אנרגיה פנימית" ו"חום". - החוק הראשון של התרמודינמיקה. - החוק השני של התרמודינמיקה. pv T E k kt pv NkT DE Q + W

7 פרק 6: תנועה הרמונית פשוטה 6.1 תנועה מחזורית, תנודות ותנודות הרמוניות - תנועה מחזורית ואפיונה על ידי זמן מחזור, תדירות ותדירות זוויתית. - תנודות )תת-משפחה של תנועות מחזוריות(. - תנודות הרמוניות: התבנית המתמטית של הכוח כפונקציה של המקום. תנועה מחזורית:.t לכל p(t) p(t + T) כאשר: p(t) - מקום הגוף ברגע t. w f T SF - cx - cx mx x( t) A cosb m c t + φl x(t) A cos(wt) v(t) -Aw si(wt) a(t) -Aw 2 cos(wt) T T m k, g 6.2 קינמטיות לתיאור תנועתו של אוסצילטור הרמוני 6.3 דוגמאות: תנודות גוף הקשור לקפיץ אנכי ותנודות של מטוטלת פשוטה - הצגת משוואת התנועה ופתרון כללי של המשוואה. - משמעות הקבועים המופיעים בפתרון הכללי של המקום כפונקציה של הזמן. - פיתוח ביטויים מתמטיים למהירות ולתאוצה כפונקציה של הזמן. - פיתוח ביטוי לזמן-המחזור. - תנודות גוף הקשור לקפיץ אנכי: ניתוח כוחות וניתוח המרות אנרגיה. - תנודות מטוטלת פשוטה - קירוב זוויות קטנות; פיתוח נוסחה לזמן-המחזור. - השוואה בין גרף "כוח-מקום" בתנועה הרמונית לבין גרף "כוח-מקום" בתנודות שאינן הרמוניות.

8 פרק 7: כבידה 7.1 רקע היסטורי וחוקי קפלר - פיתגורס: מודל גאוצנטרי. - אריסטו: עולם תת-ירחי ועולם על-ירחי. - תלמי: תיאור מסלול כוכב לכת ע"י מעגל משני ומעגל ראשי. - קופרניקוס: מודל הליוצנטרי, יתרונותיו וחסרונותיו. - טיכו ברהה: תצפיותיו האסטרונומיות. - גלילאו גליליי: תגליותיו באמצעות הטלסקופ )פני הירח, שביל החלב, ירחי צדק, מופעי נוגה(. - יוהן קפלר: שלושת החוקים. T 2 kr 3 T1 e o T 2 2 R e o R Mm F G r חוק הכבידה - גזירת הביטוי לכוח הכבידה מחוקי קפלר, בקירוב שבו המסלולים מעגליים. - יחס תאוצות הנפילה החופשית של עצם על פני הארץ ושל הירח, שווה ליחס ההפוך של מרחקי הגופים ממרכז הארץ. - ניסוח חוק הכבידה. - ניסוי קבנדיש: חישוב מסה של גרם שמים על-פי תאוצת הנפילה החופשית על פניו *g. - הצלחות נוספות לתאוריית הכבידה: גילוי נפטון, הסבר תופעת הגיאות והשפל )איכותי(. - תנועת לוויינים במסלולים מעגליים; חישוב מסת כוכב על-פי נתוני לוויין שלו. לגבי גרם שמים כדורי GM g * r2 GMm UG - r E k U - G GMm E - r 7.3 המושג "שדה", עבודה ואנרגיה בשדה הכבידה - המושגים: "ע צמת שדה הכבידה", "שדה הכבידה", "שדה אחיד", "שדה רדיאלי". - יתרונות תיאור הכבידה באמצעות המושג "שדה". - שדה הכבידה כשדה משמר. - הביטוי המתמטי לאנרגיה הפוטנציאלית הכבידתית. - המרות אנרגיה בשדה הכבידה. - גודל מהירות המילוט ואנרגיית קשר.

9 אלקטרומגנטיות פרק 1: חוק קולון והשדה האלקטרוסטטי 1.1 תופעות חשמליות )הצגה איכותית בלבד( 1.2 חוק קולון - שני סוגי מטען חשמלי והכוחות הפועלים ביניהם. - מוליכים ומבדדים - סקירת מבוא על המבנה החשמלי של חומרים. - השראה אלקטרוסטטית. - המושג "שיווי משקל אלקטרוסטטי": הימצאות המטען העודף של המוליך על פני המוליך והצטופפותו באזורי חודים. - תנועת מטענים במעבר בין מצבים של שיווי משקל אלקטרוסטטי - "זרמים חשמליים חולפים". - שימור המטען החשמלי. - "חוק קולון" - חוק הכוח בין מטענים חשמליים נקודתיים. - המושג "מטען חשמלי נקודתי". - קולון - יחידת המטען החשמלי. - קיום מטען יסודי )אלמנטרי(. - השוואה בין כוחות חשמליים וכוחות כבידה. - "עקרון הסופרפוזיציה" של כוחות חשמליים. kq q F r2 1 2 k e0 E q F E / E i i 1 φ E # E da Sq φe e0 )דרך משטח סגור( σ E e השדה האלקטרוסטטי, המושג "שדה" בפיזיקה 1.4 חוק גאוס, הקשר בין חוק גאוס לחוק קולון - שדות בתחומים שונים של הפיזיקה. - השדה החשמלי )האלקטרוסטטי( הנוצר ע"י מטען נקודתי - הגדרה ויחידות. - עקרון הסופרפוזיציה והשימוש בו לחישוב שדות חשמליים. - תיאור שדות חשמליים בעזרת קווי שדה. - המושג "שטף חשמלי". - חוק גאוס והקשר עם חוק קולון. - חישוב של שדות חשמליים בעזרת חוק גאוס במקרים פשוטים: סביב מטען נקודתי. בתוך ומחוץ לקליפה טעונה. - השדה החשמלי האחיד בין לוחות קבל )ללא הוכחה(.

10 10 פרק 2: פוטנציאל חשמלי, קיבול וקבלים 2.1 פוטנציאל והפרש פוטנציאלים - המושגים "כוח משמר", "שדה משמר". - השדה האלקטרוסטטי כשדה משמר. - "אנרגיה פוטנציאלית" ו"הפרש פוטנציאלים" בשדה האלקטרוסטטי. - "וולט" - יחידת הפוטנציאל. - הפוטנציאל של מטען נקודתי ושל מערך מטענים נקודתיים. - חישוב הפרש פוטנציאלים. - פוטנציאל של כדור מוליך טעון. - חיבור שני מוליכים טעונים. - משטחים שווי-פוטנציאל וקווי שדה. - הקשר בין הפרש פוטנציאלים ושדה חשמלי. - האצה של מטענים על ידי שדות חשמליים. - הטייה של אלומת אלקטרונים בשדה חשמלי אחיד. - ישומים: תותח אלקטרונים', אוסילוסקופ. - היחידה "אלקטרון-וולט" (ev) V A, B W V q B - # E dr A kq V / b l r TV E - Tr q C V C e e 0 r U qv A d 2.2 קיבול וקבלים, חומרים דיאלקטריים - המושג "קיבול חשמלי". - "פרד" - יחידת הקיבול החשמלי. - המושג "קבל". - הקיבול של קבל-לוחות - תלות הקיבול בפרמטרים. - חיבור קבלים במקביל ובטור. - האנרגיה של מוליך טעון. - דיון וטיפול איכותי בטעינה ופריקה של קבל. - שימושים של קבלים. - הקבוע הדיאלקטרי. - הסבר מיקרוסקופי לתכונות של דיאלקטרן.

11 מיקוד פרק 3: מעגלי זרם ישר 3.1 הזרם החשמלי ועצמת הזרם החשמלי - הגדרת הזרם החשמלי ועוצמתו. - תופעות לוואי של הזרם החשמלי. - הזרם הרגעי כשיפוע גרף מטען-זמן. - המטען כשטח שמתחת לגרף זרם-זמן. - יחידת עצמת הזרם והקשר בין עצמת הזרם החשמלי למהירות הסחיפה של האלקטרונים. Tq I Tt I qav(*) V RI, R ρ A e V + ri I I 0 e t/rc P VI W VIt P out η P R R SI 0 i / R i i 1 / i 1 Se SRI R i 3.2 המתח החשמלי וחוק אום - הגדרת המתח החשמלי. - חוק אוהם - תלות ההתנגדות בפרמטרים שונים. - נגד משתנה, חיבור כראוסטט וכפוטנציומטר. 3.3 התנגדות 3.4 כא"מ ומתח הדקים 3.5 טיפול כמותי בטעינה ופריקה של קבל 3.6 הספק ואנרגיה במעגל חשמלי, נצילות 3.7 מעגלים חשמליים - מקור מתח. - הגדרת כא"מ ומתח הדקים. - התנגדות פנימית. - הקשר בין כא"מ ומתח הדקים. - הגדרת.RC - גרפי המתח והזרם כתלות בזמן בפריקה וטעינה. - השטח מתחת גרף הזרם כתלות בזמן. - אנרגיה חשמלית והספק חשמלי. - יחידות אנרגיה והספק, ה-.kWh - נצילות של תהליך המרת אנרגיה. - הפסדי אנרגיה חשמלית. - חיבור נגדים. - חיבור מקורות. - חוקי קירכהוף )רק עבור מעגלים עם 2 צמתים(. )כולל גם חיבור סוללות בטור במקביל(

12 12 פרק 4: השדה המגנטי 4.1 שדות מגנטיים של מגנטים וזרמים 4.2 השפעת השדה המגנטי על זרם, עצמת השדה המגנטי - האופי הווקטורי של השדה המגנטי. - זיהוי השדה המגנטי בנקודה. - השוואה בין קווי השדה המגנטי לבין קווי השדה האלקטרוסטטי. - השדה המגנטי של כדור הארץ. - השדה המגנטי מפעיל כוח על מטענים נעים. - כיוון הכוח המגנטי. - תלות הכוח המגנטי בפרמטרים. - הגדרת עצמת השדה המגנטי והשוואה להגדרת עצמת השדה החשמלי. F Bil sia I B 0 r I B 0 R B NI 0, I I F r F qvbsia F qv # B (*) 4.3 הקשר בין השדה המגנטי ומקורותיו: בקרבת תיל ארוך מאוד, במרכז כריכה מעגלית, בסילונית 4.4 כוח בין זרמים מקבילים, הגדרת האמפר 4.5 כוח הפועל על מטען הנע בשדה מגנטי - הזרם כמקור השדה המגנטי. - חוק אמפר. - הקשרים בין השדות המגנטיים והזרמים בקרבת: תיל ישר ארוך, במרכז כריכה מעגלית, בסילונית. - הגדרת האמפר. - כיוון הכוח ביחס לכיוון הזרמים. - מעבר מכוח הפועל על תיל זרם לכוח הפועל על מטען נע )כוח לורנץ(. - הכוח המגנטי אינו משנה את גודל המהירות )עבודתו אפס(. - השוואה בין הכוח המגנטי והכוח החשמלי. - הצגת המכפלה הווקטורית. 4.6 יישומים של הכוח המגנטי - בורר מהירויות. - ספקטוגרף מסות. - ציקלוטרון.

13 מיקוד פרק 4: השדה המגנטי 4.1 שדות מגנטיים של מגנטים וזרמים 4.2 השפעת השדה המגנטי על זרם, עצמת השדה המגנטי - האופי הווקטורי של השדה המגנטי. - זיהוי השדה המגנטי בנקודה. - השוואה בין קווי השדה המגנטי לבין קווי השדה האלקטרוסטטי. - השדה המגנטי של כדור הארץ. - השדה המגנטי מפעיל כוח על מטענים נעים. - כיוון הכוח המגנטי. - תלות הכוח המגנטי בפרמטרים. - הגדרת עצמת השדה המגנטי והשוואה להגדרת עצמת השדה החשמלי. F Bil sia I B 0 r B B I R 0 NI, 0 I I F r F qvbsia F qv # B (*) 4.3 הקשר בין השדה המגנטי ומקורותיו: בקרבת תיל ארוך מאוד, במרכז כריכה מעגלית, בסילונית 4.4 כוח בין זרמים מקבילים, הגדרת האמפר 4.5 כוח הפועל על מטען הנע בשדה מגנטי - הזרם כמקור השדה המגנטי. - חוק אמפר. - הקשרים בין השדות המגנטיים והזרמים בקרבת: תיל ישר ארוך, במרכז כריכה מעגלית, בסילונית. - הגדרת האמפר. - כיוון הכוח ביחס לכיוון הזרמים. - מעבר מכוח הפועל על תיל זרם לכוח הפועל על מטען נע )כוח לורנץ(. - הכוח המגנטי אינו משנה את גודל המהירות )עבודתו אפס(. - השוואה בין הכוח המגנטי והכוח החשמלי. - הצגת המכפלה הווקטורית. 4.6 יישומים של הכוח המגנטי - בורר מהירויות. - ספקטוגרף מסות. - ציקלוטרון.

14 14 פרק 5: השראה אלקטרומגנטית 5.1 כא"מ מושרה, חוק פרדיי וחוק לנץ - כא"מ הנוצר בין קצות מוליך הנע בשדה מגנטי אחיד - הסבר בעזרת כוח לורנץ. - כא"מ הנוצר בלולאה כתוצאה מתנועתה יחסית לשדה מגנטי. - שטף מגנטי דרך משטח. - חוק פרדיי. - כא"מ הנוצר בלולאה כתוצאה משינוי בזמן של השדה המגנטי. - חוק לנץ וקביעת כיוון הזרם המושרה. - חוק לנץ כנובע שימור אנרגיה. e Blvsia φ # B da B dφ e - E dt e -wnbasiwt e e N N di e L (*) dt 5.2 יישומים טכנולוגיים 5.3 השראה עצמית 5.4 משוואות מקסוול - גנרטור - AC הכא"מ המושרה בסליל הטבעתי המסתובב בשדה מגנטי. - מתח וזרם אפקטיביים. - שנאי אידאלי. - העברת אנרגיה. - המושג "השראות". - התנהגות משרן במעגל זרם ישר )דיון איכותי(. - הצגת המשוואות ללא פיתוח כסיכום ל האלקטרומגנטיות.

15 מיקוד קרינה וחומר פרק 1: תופעות יסודיות של האור, ייצוג מהלך האור באמצעות קרניים 1.1 ראיית עצמים, אפיון האור, ייצוג מהלך האור באמצעות קרניים 1.2 החזרת אור: חוקי ההחזרה, דמות במראה מישורית 1.3 שבירת אור: חוק השבירה, החזרה חלקית ומלאה 1.4 עדשות כדוריות דקות: מהלך האור ויצירת דמויות - מבנה העין ותנאים לראייה. - מקורות אור וגלאי אור. - אפיונים ראשונים למהות האור: אור כ אנרגיה, התפשטות וכיווניות )יצירת צל(, בדיקת אינטראקציה בין אור לאור ובין אור לחומר, אפיון גופים לפי תגובתם לאור )החזרה, בליעה, העברה(, האם לאור יש מסה? - ייצוג מהלך האור באמצעות קרניים: הכרת המושגים: "מקור אור נקודתי", "קרן", "אלומה" ואפיון אלומות אור שונות. שימוש בתרשימי קרניים לאיתור צל. - מושגים: "קרן פוגעת", "קרן מוחזרת", "אנך למישור המראה", "זווית הפגיעה", "זווית ההחזרה", חוקי ההחזרה. - דמות של עצם במראה מישורית: בניית מהלך האור ואיתור ה"דמות" של עצם נקודתי. הקשר בין רוחק העצם הנקודתי לרוחק דמותו. בניית דמות של עצם קווי. התנאים לראיית "דמות מדומה", "שדה ראייה". - התופעות המלוות את פגיעת האור במשטח גבול בין תווך שקוף אחד למשנהו: אור מוחזר ואור מועבר. - חוקי השבירה. - המושג "מקדם השבירה" של חומר ביחס לריק. - המושג "זווית גבול", תופעת "ההחזרה המלאה". - מעבר אור במנסרה, "זווית ההסחה". - תופעת ה"נפיצה" ומשמעותה. - אפיון צורני של עדשות כדוריות. - מושגים: "ציר אופטי", "מוקד עדשה", "רוחק מוקד", "קרניים מיוחדות". - דמותו של עצם בעדשה מרכזת ומפזרת: איתור מקום דמות בעזרת "קרניים מיוחדות", - סרטוט מהלך קרן כלשהי, סימון שדה הראייה. - "הגדלה קווית". זווית פגיעה זווית החזרה si θ si θ f u + v Hi H u v 0

16 16 פרק 2: המושג "מודל", תפקידיו, המודל החלקיקי של האור 2.1 המושג "מודל", תפקידי המודל - הצגת עובדות יסודיות של האור )תמצית הפרק "תופעות יסודיות של האור, ייצוג מהלך האור באמצעות קרניים"(. - הצגת המושג "מודל". - תפקיד המודל והצגת דוגמאות כגון: ארבע היסודות של אריסטו, תאוריית הכבידה של ניוטון. 2.2 המודל החלקיקי של האור 2.3 ניבויי המודל החלקיקי של האור - בנייה ראשונית של המודל על סמך העובדה שלאור יש מקורות והוא מתפשט במרחב. - המשך פיתוח המודל כדי להסביר עובדות אלה: מסתו של מקור הפולט אור אינה פוחתת. אלומת אור מתפשטת בקווים ישרים. שתי אלומות אור נחתכות אינן משפיעות זו על זו. החזרת אור. מעבר אור מתווך לתווך. נפיצת אור. אור כאנרגיה. - ניבוי המודל: אור מפעיל לחץ. - ניבוי המודל: מהירות האור בזכוכית גדולה מזו שבאוויר. - הצגת תוצאות אמפיריות של ניסויים )פוקו, מייכלסון( שבאמצעותם גילו כי מהירות האור בזכוכית קטנה מזו שבאוויר פי מקדם השבירה של החומר ביחס לאוויר. - מעמדו של המודל החלקיקי: ציון תופעות שאפשר להסביר באמצעות המודל ושל אלו שאי-אפשר להסביר באמצעותו. נוסחה אמפירית: v c/

17 מיקוד פרק 3: גלים מכניים ואלקטרומגנטיים 3.1 תכונות של פולסים והשוואתן לתכונות האור 3.2 גלים מחזוריים חד- ממדיים - המושגים: "פולס" )זעזוע(, "פולס רוחב", "פולס אורך". - תיאור של פולס: המושגים: "מקום", "העתק" ו"משרעת". תיאור פונקציית העתק-מקום:.y(x) תיאור פונקציית העתק-זמן: y(t) - מהירות פולס וסוג התנועה בתווך אחיד, השוואה לאור, מהירות חלקיקי תווך שבו מתפשט פולס. - "עקרון הסופרפוזיציה": היעדר אינטראקציה בין פולסים, השוואה לאור. הסבר עקרון הסופרפוזיציה. המושגים: "התאבכות", "התאבכות בונה", "התאבכות הורסת", "נקודת צומת". - החזרת פולס מקצה חפשי ומקצה קשור. - מעבר פולס מתווך אחד למשנהו, השוואה לאור. - פולס אנרגיה, השוואה לאור. - גלים מחזוריים: פונקציית "העתק-מקום" של גל מחזורי, המושגים: "גל מחזורי במקום", "אורך גל". פונקציית "העתק-זמן" של מקור גלים מחזורי, המושגים: "מקור גלים מחזורי בזמן", "זמן מחזור", "תדירות". הקשר בין תנועת מקור הגל לבין צורת הגל. הקשר בין מהירותו של גל מחזורי, תדירותו ואורך הגל שלו. - סופרפוזיציה בגלים מחזוריים: "התאבכות בונה", "התאבכות הורסת", "נקודות צומת". - גלים עומדים: אורכי הגל והתדירויות המותרות, חשיבות תנאי השפה. f T v lf, l si θ v si θ v 3.3 תכונות של גלים דו- ממדיים והשוואתן לתכונות האור - מושגי יסוד: "חזית גל", "כיוון התפשטות", "גל ישר", "גל מעגלי", "עקרון הויגנס". - השוואה בין החזרה של גלי מים להחזרת אור. - השוואה בין מעבר גל מים מתווך אחד למשנהו למעבר אור מתווך לתווך. - השוואה בין נפיצת גלי מים לנפיצת אור.

18 התאבכות ועקיפה בגלי מים ובאור - התאבכות גלי מים משני מקורות: "מקורות שווי- מופע", "מקורות שוני-מופע". - התאבכות אור משני חריצים, "מקורות אור קוהרנטיים". - השפעת הפרש המופע בין המקורות על תבנית ההתאבכות. - "עקיפה": תבנית העקיפה כהתאבכות המתקבלת מרצף של מקורות נקודתיים. - "סריג עקיפה", שימושים. - המודל הגלי של האור והאופטיקה הגיאומטרית. - מעמדו של מודל הגלים המכניים, מהו התווך שהאור מרעיד? קווי מקסימום עבור L << d x si L l θ. d קווי צומת עבור L << d x si L l θ. ( - ) d עבור L << d וזוויות קטנות: T L x l. d si θ si θ x L x L.. l w N * l 3.5 גלים אלקטרומגנטיים, ספקטרום, יישומים ורקע היסטורי - עיקרי המודל האלקטרומגנטי של האור, ניבויי התאוריה האלקטרומגנטית. - גלים אלקטרומגנטיים היבטים מדעיים, טכנולוגיים והיסטוריים: השפעת האטמוספירה על קרינה אלקטרומגנטית. התחומים השונים של ספקטרום הקרינה האלקטרומגנטית, יישומים טכנולוגיים. - קשיים של מודל הגלים האלקטרומגנטיים.

19 מיקוד פרק 4: מבוא לתורת הקוונטים - המודל הדואלי של האור 4.1 האפקט הפוטו- אלקטרי, הסבר איינשטיין וניסוי מיליקן - הדגמה איכותית של האפקט הפוטואלקטרי. - אי-יכולתה של תאורית מקסוול להסביר חלק מן העובדות הניסיוניות לגבי האור, השערת פלנק. - התא הפוטואלקטרי, חקירת תלות מתח העצירה בתדירות הקרינה הפוגעת, ניסוי מיליקן. - המודל של איינשטיין לאפקט הפוטואלקטרי. - יישומים: פתיחת דלתות, מנגנוני אזעקה, מכפיל-אור. פוטון E hf E, 00 Å) ( ev ) l ( פוטון פוטון E פוטון E E k + B h p l, 0 ( ev) l ( m) 4.2 אפקט קומפטון 4.3 קרינת רנטגן לאור הסבריו של איינשטיין 4.4 המודל הדואלי של הקרינה האלקטרו- מגנטית - תיאור איכותי של אפקט קומפטון. - הביטוי לתנע של פוטון, הפוטון כחלקיק - הכרת החלקים העיקריים של שפופרת ליצירת קרינת רנטגן ותפקידיהם: שפופרת ריק, קתודה, מטרה, מערכת קירור המטרה, מקור מתח מאיץ, נימה, מקור מתח חימום. - קרינת רנטגן כקרינת האטה וכקרינה אופיינית לחומר המטרה. - הספקטרום הרציף של קרינת רנטגן הנפלטת משפופרת, והקשר בין המתח המאיץ לבין אורך הגל המינימלי. - מיון ואפיון תופעות הקשורות באור המוסברות על ידי האופי החלקיקי, וכאלה המוסברות על ידי האופי הגלי. - תלות המודל החלקיקי במודל הגלי ולהפך.

20 20 פרק 5: מבנה האטום 5.1 גילוי האלקטרון - קרני קתודה - רקע הסטורי )ויכוחים לגבי מהות הקרניים(. - ניסויים לחשיפת תכונות קרני קתודה. R H c m - l m 2pr mv h r a מודל האטום על פי תומסון 5.3 ניסוי רתרפורד והמודל הפלנטרי של האטום 5.4 ספקטרום הפליטה הניסיוני של אטום המימן 5.5 מודל בוהר לאטום מימן - הצגת המודל ומגבלותיו. - ניסוי רתרפורד; גרעין האטום. - חישוב רדיוס אטום המימן בעזרת ערך ניסיוני של אנרגיית היינון. - מגבלות המודל. - סדרות לימן, בלמר, פשן וברקט, ומקומן בספקטרום האלקטרומגנטי. - נוסחה אמפירית לחישוב אורכי הגל של הסדרות. - הנחות בוהר. - גזירת ביטויים עבור "רמות האנרגיה" האטומיות ועבור רדיוסי המסלולים של האלקטרונים. - דיאגרמת רמות אנרגיה )רמות בדידות ורצף(. - חישוב אורכי הגל של ספקטרום הפליטה. - המושגים: "מצב יסוד" של האטום, "מצבים מעוררים", "אנרגית יינון". כאשר: כאשר: a h mke 0 R * E. ev mke R *. ev h 5.6 ניסוי פרנק-הרץ 5.7 ספקטרום פליטה וספקטרום בליעה - מערכת הניסוי, מהלך הניסוי ותוצאותיו. - ספקטרום פליטה וספקטרום בליעה של גזים שונים. - עירור אטומי על ידי חלקיקים. - השוואה בין ספקטרום פליטה וספקטרום בליעה של אותו אטום. - הקשר בין קרינה הנפלטת מאטום לבין רמות האנרגיה האטומיות.

21 מיקוד עקרון ההתאמה של בוהר - הצגת העיקרון. - חישוב תדירויות הקרינה הנפלטת מאטום מימן בעל רדיוס גדול - בעזרת התורה האלקטרומגנטית הקלאסית ובעזרת מודל בוהר. פרק 6: מבוא לתורת הקוונטים - דואליות החומר h l p mv h DxDp h h mek 6.1 גלי דה-ברויי 6.2 המודל הקוונטי- הסתברותי של אור ושל חלקיקים 6.3 עקרון אי-הוודאות - הנחת דה-ברויי. - ניסוי תומסון Thomso) :(G.P. התאבכות אלקטרונים. - הסבר הקוונטיזציה של אנרגיית האטום בעזרת גלים עומדים, ומגבלותיו. - עקרון הקומפלמנטריות של בוהר. - ההסבר של מקס בורן להתאבכות משני חריצים. - תוצאות ניסויים של מעבר פוטונים זה אחר זה דרך חריץ ודרך זוג חריצים. - תוצאות ניסויים של מעבר אלקטרונים זה אחר זה דרך חריץ ודרך זוג חריצים. - הכרת העיקרון. - יישום העיקרון לעקיפה בסדק.

22 22 פרק 7: הגרעין ומבוא לחלקיקים יסודיים 7.1 מבנה הגרעין והכוח החזק 7.2 תהליכים גרעיניים 7.3 התפרקות רדיו- אקטיבית - תופעות מהן ניתן ללמוד על מבנה הגרעין: רדיואקטיביות, פיזור רתרפורד. - המושגים: "מספר אטומי", "מספר מסה", "יסוד", "איזוטופ". - מרכיבי הגרעין, מסותיהם ומטעניהם. - הכוח הגרעיני החזק ותכונותיו. - תהליכי פליטת b, b, + גילוי הניוטרינו )בהקשר לשימור חוקי השימור(. - לכידת אלקטרון. - המושג "סדרה רדיואקטיבית" )הכרת דוגמה(. - אקראיות ההתפרקות הרדיואקטיבית של גרעין יחיד, החוקיות הסטטיסטית בהתפרקות גרעינים במדגם גדול, המושג "קבוע הדעיכה". - מספר גרעיני האב במדגם רדיואקטיבי כפונקציה של הזמן; המושגים: "זמן מחצית החיים", "פעילות". - יישומים: קביעת גיל של עצמות בעזרת כמויות פחמן, הריסת תאים סרטניים, איתור דליפת מים מצינור הטמון בקרקע. dn ln dt N N 0 e lt R ln l T/ l DE Dmc אנרגיית קשר גרעינית 7.5 חלקיקים יסודיים - האקוויוולנטיות בין מסה ואנרגיה. - אנרגיית הקשר הגרעינית, תלות אנרגיית הקשר הגרעינית הממוצעת לנוקליאון במספר הנוקליאונים. - תהליכי ביקוע גרעיני ויישומיו. - תהליכי היתוך גרעיני. - הכוחות היסודיים, וחלקיקים י הכוחות. - חלקיקים ואנטי חלקיקים. - אניהילציה ויצירת זוגות )איכותי(.