Основні розділи фізики

Урок 5. Основні розділи фізики

---

Мета уроку: ознайомити учнів із основними розділами фізики та їхньою роллю у вивченні природи. Навчити застосовувати знання для пояснення фізичних процесів та явищ

Очікувані результати для вчителя:

Очікувані результати для учнівства:

Ключові слова:

• механіка
• молекулярна фізика
• термодинаміка
• електрика
• магнетизм
• оптика
• атомна та ядерна фізика
• квантова фізика
• астрофізика

План уроку:

1. Мотиваційна частина
2. Теоретичний блок
   2.1. Механіка
   2.2. Молекулярна фізика та термодинаміка
   2.3. Електрика та магнетизм
   2.4. Оптика
   2.5. Атомна та ядерна фізика
   2.6. Квантова фізика
   2.7. Астрофізика
3. Практичний блок
4. Попрактикуймо самостійно
5. Рефлексія

---

Дружня порада вчителю

Тривалість до 3 хв.

Залучіть учнів до дискусії. Нехай учні висловлять свої думки.

Чому фізика є основою для інших природничих наук?

Джерело: https://gemini.google.com/

Відповідь: Фізика, як фундаментальна наука, розкриває універсальні закони та принципи, вивчає основні складові матерії та їх взаємодію, розвиває потужні методи дослідження та інструменти, а також забезпечує загальну мову для інтеграції різних природничих наук, таких як хімія, біологія, геологія та астрономія, що робить її необхідною основою для їх розвитку та розуміння явищ у природі.

Як можна застосувати знання з фізики в повсякденному житті?

Джерело: https://gemini.google.com/ 

Відповідь: Фізика, як наука про основні закони природи, знаходить широке застосування в повсякденному житті, наприклад в кулінарії, де розуміння теплопровідності та тиску допомагає готувати їжу. Вода швидше закипить в каструлі з закритою кришкою, а ручки сковорідки роблять дерев’яними чи пластиковими, бо вони мають низьку теплопровідність і не так сильно проводять тепло як метали.

Знання про рух та аеродинаміку сприяють створенню ефективних засобів пересування. У будівництві фізика забезпечує міцність та енергоефективність будівель, у медицині – діагностику та лікування, у спорті – покращення результатів тощо.

Посилання на відео джерела:

• https://youtu.be/qAAVNkkHdzs?feature=shared

• https://youtu.be/YYFKJAbS-wM?feature=shared

• https://youtu.be/27b3m-DsuSE?feature=shared

---

Дружня порада вчителю

Тривалість до 15 хв.

Поділ фізики на кілька основних розділів, кожен з яких охоплює певний аспект фізичних явищ, дозволяє впорядкувати знання, спростити їх засвоєння та сприяти науковим дослідженням. Це також дає можливість ефективніше використовувати фізичні закони в техніці, медицині, енергетиці та інших сферах людської діяльності. Можна виділити такі основні розділи: механіка, молекулярна фізика та термодинаміка, електрика та магнетизм, оптика, атомна та ядерна фізика, квантова фізика, астрофізика.

2.1. Механіка

Дружня порада вчителю

Використовуйте реальні приклади та демонстрації, наприклад, демонстрація вільного падіння, руху об’єктів, щоб показати, як закони механіки працюють у повсякденному житті. Розкажіть про внесок Галілея та Ньютона, щоб показати, як розвивалася механіка.

Механіка є найдавнішим розділом фізики, що вивчає рух тіл, взаємодію між ними та сили, які діють на тіла. Вона поділяється на кінематику (опис руху без урахування причин), динаміку (аналіз сил, що викликають рух) і статику (вивчення рівноваги тіл). Основними законами механіки є закони Ньютона, що визначають принципи інерції, дії сили та реакції, а також збереження імпульсу та енергії. Важливий внесок у розвиток механіки зробили такі вчені, як Галілео Галілей (дослідження падіння тіл) та Ісаак Ньютон (формулювання класичних законів механіки). Прикладами механічних явищ є вільне падіння тіл, обертальний рух планет та механічні хвилі.

Таблиця 1

Розділи механіки	Опис
Кінематика	Описує рух без урахування причин, що його викликають
Динаміка	Вивчає причини руху, зокрема сили, що діють на тіла
Статика	Досліджує рівновагу тіл під дією сил

2.2. Молекулярна фізика та термодинаміка 

Дружня порада вчителю

Використовуйте аналогії та моделі, щоб показати, як молекули та атоми рухаються та взаємодіють. Поясніть, як мікроскопічні процеси впливають на макроскопічні явища. Проведіть демонстраційні експерименти – броунівський рух, кипіння води, розширення газів тощо.

Молекулярна фізика та термодинаміка вивчає будову речовини на рівні молекул і атомів, а також процеси, пов’язані з температурою та теплопередачею. Основи молекулярно-кінетичної теорії пояснюють рух молекул. Закони термодинаміки описують перетворення теплової енергії. Вагомий внесок у розвиток цього розділу зробили Еміль Клапейрон, Дмитро Менделєєв (рівняння стану ідеального газу), Роберт Бойль (закон Бойля-Маріотта), Сади Карно (теорія теплових машин) і Людвіг Больцман (статистична механіка). До прикладів явищ відносяться випаровування, плавлення, тертя, передача тепла.

Таблиця 2

Розділи молекулярної фізики та термодинаміки	Опис
Будова та властивості молекул	Вивчає молекули та міжмолекулярну взаємодію
Ідеальний та реальний газ	Вивчає поведінку газів за різних умов
Властивості рідин та твердих тіл	Досліджує агрегатні стани речовин
Внутрішня енергія	Описує теплоємність речовин, зміну внутрішньої енергії під час процесів нагрівання, охолодження та фазових переходів
Основні закони термодинаміки	Вивчає енергетичні процеси, пов’язані з теплотою, теплообміном та роботою
Теплові машини	Описує принципи роботи теплових двигунів та холодильних машин.

2.3. Електрика і магнетизм 

Дружня порада вчителю

Використовуйте демонстрації з електростатикою (заряджена кулька та папірці), магнітами та електричними колами. Покажіть, як електрика та магнетизм використовуються в технологіях (лампочка, магніт, динамік). Згадайте про внесок Кулона, Ампера, Ома, Фарадея та Максвелла в розуміння електричних явищ та електромагнетизму.

Електрика і магнетизм як розділ вивчає електричні та магнітні поля, їх взаємодію та вплив на заряджені частинки. Закон Кулона описує взаємодію електричних зарядів, закон Ома визначає зв’язок між характеристиками струму, а електромагнітна індукція пояснює перетворення магнітної енергії в електричну. Видатні вчені в цій галузі – Шарль Огюстен Кулон (електростатика), Георг Ом (закон Ома), Майкл Фарадей (електромагнітна індукція) і Джеймс Клерк Максвелл (теорія електромагнітного поля). Явища електростатики, електромагнітних хвиль та електродинаміки знаходять застосування в електротехніці, енергетиці та радіотехніці.

Таблиця 3

Розділи електрики і магнетизму	Опис
Електростатика	Вивчає електричний заряд, електричне поле, поняття напруженість, потенціал, закон Кулона
Електричний струм	Сила струму, напруга, опір, закон Ома, робота і потужність струму
Електромагнетизм	Досліджує магнітне поле, індукцію, силу Лоренца, силу Ампера, закон Фарадея, змінний струм
Коливання і хвилі	Описує електромагнітні хвилі, резонанс, поширення електромагнітних хвиль

2.4. Оптика

Дружня порада вчителю

Проведіть експерименти з відбиванням та заломленням світла. Використайте дзеркала (плоске, сферичне) та лінзи (збиральні та розсіювальні). Покажіть дослід Ньютона – розкладання світла на кольори (спектр) за допомоги призми. Розкажіть як оптика використовується в телескопах, мікроскопах, об’єктивах фотоапарату та фотокамерах телефону.

Оптика досліджує природу світла, його поширення та взаємодію з речовиною. Геометрична оптика пояснює закони відбиття та заломлення світла, хвильова оптика аналізує дифракцію, інтерференцію, поляризацію світла. Квантова оптика розглядає природу світла як потік фотонів. Видатними дослідниками в галузі оптики були Ісаак Ньютон (корпускулярна теорія світла), Хрістіан Гюйгенс (хвильова теорія світла), Томас Юнг (інтерференція світла) та Альберт Ейнштейн (фотоелектричний ефект). Прикладами оптичних явищ є веселка, відбиття світла у дзеркалах, робота лінз у телескопах і мікроскопах.

Таблиця 4

Розділи оптики	Опис
Геометрична оптика	Вивчає поширення світла у вигляді променів, відбивання та заломлення без врахування природи світла
Хвильова оптика	Розглядає світло як хвилю і вивчає явища, пов’язані з хвильовими властивостями світла
Квантова оптика	Розглядає квантову природу світла та його взаємодію з речовиною.

2.5. Атомна та ядерна фізика

Дружня порада вчителю

Зверніться до історичного контексту. Наприклад відкриття радіоактивності, що належить французькому фізику Антуану Анрі Беккерелю у 1896 році. Він досліджував флуоресценцію солей урану та випадково помітив, що вони випромінюють невидиме випромінювання, здатне засвічувати фотопластинки. Подальший розвиток досліджень у цій галузі зробили Марія та П’єр Кюрі, які відкрили нові радіоактивні елементи – полоній і радій. Ці відкриття стали основою для розвитку ядерної фізики.

Розгляньте реальні застосування в медицині: використання радіоактивних ізотопів для дослідження функціонування органів, променева терапія для знищення ракових клітин, рентгенографія тощо.

Атомна та ядерна фізика досліджує будову атомного ядра, процеси ядерного розпаду та ядерні реакції. Вагомий внесок у розвиток цієї галузі зробили Антуан Анрі Беккерель (відкриття радіоактивності), Марія Кюрі (дослідження радіоактивних елементів), Ернест Резерфорд (модель атома) і Нільс Бор (квантова модель атома). Використання ядерної фізики охоплює атомну енергетику, ядерну медицину (радіотерапія, томографія) тощо.

Таблиця 5

Розділи атомної та ядерної фізики	Опис
Будова атома	Досліджує електронні оболонки
Спектроскопія	Аналізує спектри випромінювання та поглинання
Структура ядра	Вивчає склад ядра та властивості протонів і нейтронів
Ядерні взаємодії та радіоактивність	Описує взаємодію між нуклонами всередині ядра, розглядає процеси поділу та синтезу між ядрами, вивчає спонтанний розпад ядер і випромінювання частинок

2.6. Квантова фізика 

Дружня порада вчителю

Використовуйте контраст із класичною фізикою, пояснюючи через аналогії. Класична фізика чудово працює для великих масштабів, але в мікросвіті її закони не діють, і потрібна квантова фізика. В класичній фізиці частинки мають чітке місце в просторі, в квантовій теорії частинки мають корпускулярно-хвильовий дуалізм – можуть поводитися як хвилі й як частинки.

Квантова фізика вивчає поведінку мікрочастинок і принципи, що керують ними на субатомному рівні. Основні концепції включають корпускулярно-хвильовий дуалізм (одночасна хвильова і частинкова природа світла), принцип невизначеності Гейзенберга (неможливість одночасно точно визначити координату та імпульс частинки) та квантові стани. До видатних фізиків у цій галузі належать Макс Планк (засновник квантової теорії), Вернер Гейзенберг (принцип невизначеності), Ервін Шредінгер (хвильова функція) та Поль Дірак (квантова електродинаміка). Квантова фізика використовується у квантових комп’ютерах, лазерних технологіях та напівпровідникових пристроях.

2.7. Астрофізика 

Дружня порада вчителю

Наведіть фізичні процеси, що відбуваються в зірках, галактиках та чорних дірах. Розкажіть про внесок Кеплера, Ньютона, Габбла та Хокінга в астрофізику.

Астрофізика досліджує фізичні процеси у Всесвіті, від планет до галактик і чорних дір. Основні концепції включають закони руху планет (Кеплерові закони), теорію Великого вибуху, що пояснює еволюцію Всесвіту, та гравітацію як ключовий фактор формування космічних структур. Видатні вчені-астрофізики: Йоганн Кеплер (закони руху планет), Ісаак Ньютон (закон всесвітнього тяжіння), Едвін Габбл (розширення Всесвіту), Стівен Хокінг (чорні діри та космологія). Використання астрофізики охоплює космологію, розробку телескопів та місії для дослідження планет.

Дружня порада вчителю

Запропонуйте учням узагальнення теоретичного матеріалу у вигляді таблиці. Вона структурує основні розділи фізики, демонструючи зв’язок між теоретичними поняттями, реальними фізичними явищами та видатними науковцями, які зробили важливий внесок у розвиток науки.

Таблиця 6 Основні розділи фізики

Розділи фізики	Приклади фізичних явищ	Відомі вчені
Механіка	Рух планет, падіння тіл, коливання маятника, деформація матеріалів, течія рідин і газів	Галілео Галілей, Ісаак Ньютон, Роберт Гук, Альберт Ейнштейн, Данило Бернуллі
Молекулярна фізика та термодинаміка	Тиск газів, кипіння води, танення льоду, робота теплових двигунів, теплопровідність, конвекція, випромінювання	Еміль Клапейрон, Дмитро Менделєєв, Саді Карно, Джеймс Джоуль, Людвіг Больцман, Вільям Томсон (лорд Кельвін), Роберт Бойль, Луї Гей-Люссак
Електрика і магнетизм	Електричний струм, магнітне поле, електромагнітні хвилі, радіо, телебачення	Майкл Фарадей, Джеймс Максвелл, Генріх Герц, Андре-Марі Ампер, Георг Ом, Джеймс Джоуль
Оптика	Прямолінійне поширення світла, відбивання світла, заломлення світла, дифракція, інтерференція, поляризація, спектроскопія, голографія	Ісаак Ньютон, Хрістіян Гюйгенс, Томас Юнг, Віллеброрд Снеліус, Альберт Ейнштейн, Огюстен-Жан Френель
Атомна та ядерна фізика	Будову атомного ядра, радіоактивний розпад, ядерні реакції, ядерна енергетика	Антуан Беккерель, Марія Кюрі, Ернест Резерфорд, Ернест Резерфорд, Нільс Бор Енріко Фермі, Лев Ландау
Квантова фізика	Випромінювання чорного тіла, фотоефект, будова атома, радіоактивність, ядерні реакції, елементарні частинки	Макс Планк, Альберт Ейнштейн, Нільс Бор, Ервін Шредінгер, Вернер Гейзенберг, Річард Фейнман
Астрофізика	Еволюція зірок, чорні діри, розширення Всесвіту, космічне мікрохвильове випромінювання, темна матерія, темна енергія	Йоганн Кеплер Ісаак Ньютон, Едвін Габбл, Стівен Хокінг, Альберт Ейнштейн, Віра Рубін

---

Дружня порада вчителю

Тривалість до 20 хв.

Завдання № 1

Встановіть відповідність між фізичним явищем і розділом фізики.

Фізичне явище

Розділи фізики

• а) Механіка
• б) Молекулярна фізика та термодинаміка
• в) Електрика і магнетизм
• г) Оптика
• д) Ядерна фізика
• е) Астрофізика

Відповідь:

1. Падіння метеорита на Землю → е) Астрофізика 
2. Поширення світла крізь призму→ г) Оптика
3. Робота трансформатора в електромережі → в) Електрика і магнетизм
4. Випаровування води зі стакану → б) Молекулярна фізика та термодинаміка
5. Розпад уранового ядра → д) Ядерна фізика
6. Гальмування автомобіля → а) Механіка

Завдання № 2

Заповніть пропуски, вказавши правильний розділ фізики.

1. Закони Ньютона застосовуються в __________, щоб описати рух тіл.
2. Розширення металевого стержня при нагріванні пояснює __________.
3. Сонячні батареї працюють завдяки явищам, які вивчає __________.
4. Червоний зсув у спектрі далеких галактик вивчає __________.
5. Ядерні реактори працюють завдяки процесам, що досліджує __________.
6. Утворення магнітного поля навколо струму пояснює __________.
7. Дифракція світла підтверджує основи, які вивчає ________.

Відповідь:

1. Механіці
2. Молекулярна фізика та термодинаміка
3. Квантова фізика
4. Астрофізика
5. Ядерна фізика 
6. Електрика та магнетизм
7. Оптика

Завдання № 3

Виберіть правильний варіант розділу фізики для кожного явища.

1. Що пояснює механізм роботи двигуна внутрішнього згоряння?
   а) Механіка
   б) Молекулярна фізика та термодинаміка
   в) Оптика
2. Що вивчає виникнення північного сяйва?
   а) Електрика і магнетизм
   б) Астрофізика
   в) Квантова фізика
3. Як пояснити дзеркальне відображення на поверхні води?
   а) Оптика
   б) Квантова фізика
   в) Механіка
4. Дослідження руху планет навколо Сонця?
   а) Електрика і магнетизм
   б) Астрофізика
   в) Квантова фізика

Відповідь:

1. б) Молекулярна фізика та термодинаміка
2. а) Електрика і магнетизм 
3. а) Оптика
4. б) Астрофізика

Завдання № 4

Встановіть відповідність між медичним або біологічним процесом та трьома розділами фізики, які його пояснюють.

Медичне/біологічне явище	Розділи фізики
1. Кровообіг у судинах	а) Механіка, б) Молекулярна фізика, в) Астрофізика
2. Дія рентгенівського випромінювання на тканини	а) Оптика, б) Квантова фізика, в) Ядерна фізика
3. Електрична активність серця (ЕКГ)	а) Електрика і магнетизм, б) Квантова фізика, в) Оптика
4. Робота легенів при диханні	а) Механіка, б) Молекулярна фізика і термодинаміка, в) Оптика
5. Лазерне лікування зору	а) Оптика, б) Квантова фізика, в) Електрика і магнетизм
6. Магнітно-резонансна томографія (МРТ)	а) Електрика і магнетизм, б) Квантова фізика, в) Молекулярна фізика
7. Вплив космічної радіації на ДНК	а) Астрофізика, б) Ядерна фізика, в) Квантова фізика

Відповідь:

1. а) Механіка 
2. б) Квантова фізика 
3. а) Електрика і магнетизм 
4. б) Молекулярна фізика і термодинаміка
5. а) Оптика
6. а) Електрика і магнетизм
7. б) Ядерна фізика

Завдання № 5

Виберіть правильну комбінацію розділів фізики для пояснення явища.

1. Який набір розділів фізики найкраще описує роботу штучного серця?
   а) Механіка, Електрика і магнетизм, Молекулярна фізика.
   б) Квантова фізика, Оптика, Астрофізика.
   в) Ядерна фізика, Молекулярна фізика, Оптика.
2. Що пояснює механізм ультразвукової діагностики?
   а) Механіка, Оптика, Квантова фізика.
   б) Механіка, Електрика і магнетизм, Оптика.
   в) Механіка, Електрика і магнетизм.
3.  Які розділи фізики пояснюють процес зсідання крові?
   а) Механіка, Молекулярна фізика, Оптика.
   б) Електрика і магнетизм, Квантова фізика, Астрофізика.
   в) Молекулярна фізика та термодинаміка.

Відповідь:

1. а) Механіка, Електрика і магнетизм, Молекулярна фізика.
2. в) Механіка, Електрика і магнетизм
3. в) Молекулярна фізика та термодинаміка

Завдання № 6

Заповніть пропуски, вказавши правильні розділи фізики.

1. Процес газообміну в легенях можна пояснити за допомогою __________ та __________.
2. Явище нервового імпульсу базується на законах __________, __________ і __________.
3. Біолюмінесценція організмів має пояснення у __________ і __________.
4. Механізм слуху пов’язаний із розділами __________, __________ і __________.
5. Радіаційна терапія для лікування пухлин базується на принципах __________, __________ і __________.

Відповідь:

1. Молекулярної фізики і термодинаміки та механіки.
2. Електрики і магнетизму, молекулярної фізики і квантової фізики.
3. Оптиці і молекулярній фізиці.
4. Механіки, молекулярної фізики і електрики і магнетизму.
5. Ядерної фізики, квантової фізики і електрики та магнетизму.

Завдання № 7

Вставте пропущені слова, вказавши відповідний фізичний розділ.

1. Принципи __________ пояснюють, як працюють протези та екзоскелети.
2. Робота лазерних скальпелів заснована на законах __________.
3. __________ використовується при аналізі крові за допомогою спектроскопії.
4. Радіонуклідні дослідження працюють завдяки принципам __________.
5. Принципи ___________ пояснюють роботу штучних клапанів серця.
6. Робота магнітно-резонансного томографа (МРТ) базується на законах_____.

Відповідь:

1. Механіки
2. Оптики
3. Оптики
4. Ядерної фізики 
5. Механіки
6. Електрики і магнетизму

Завдання № 8

Виберіть “Правда” чи “Хибність” для кожного твердження щодо фізичних процесів у біології та медицині.

1. Ультразвукова діагностика ґрунтується на відбитті звукових хвиль від тканин різної щільності.
2. Лазерна хірургія базується на властивостях електромагнітного випромінювання у видимому спектрі.
3. Температура людського тіла завжди дорівнює 36,6°C незалежно від зовнішніх умов.
4. Рентгенівське випромінювання використовується для візуалізації кісток, оскільки м’які тканини його повністю поглинають.
5. Ядерно-магнітний резонанс (ЯМР) дозволяє отримувати зображення внутрішніх органів, не використовуючи іонізуюче випромінювання.
6. Гемоглобін у крові змінює свою просторову структуру залежно від кількості приєднаного кисню.
7. Електрокардіографія (ЕКГ) реєструє електричну активність головного мозку.
8. Оптичні волокна використовуються в медичній ендоскопії для передачі світла та отримання зображень внутрішніх органів.

Відповідь:

1. Правда 
2. Правда 
3. Хибність
4. Хибність 
5. Правда
6. Правда 
7. Хибність
8. Правда

---

Рівень А

Завдання № 1. Встановіть відповідність між фізичним явищем у медицині та розділом фізики

Фізичне явище у медицині	Розділ фізики
1. Робота слухового апарата	а) Механіка
2. Вплив магнітного поля на людське тіло	б) Ядерна фізика
3. Лазерне лікування катаракти	в) Оптика
4. Радіоактивне випромінювання в променевій терапії	г) Електрика і магнетизм
5. Рентгенівське сканування	д) Квантова фізика

Відповідь:

1. а) Механіка
2. г) Електрика і магнетизм 
3. в) Оптика
4. б) Ядерна фізика
5. д) Квантова фізика

Рівень В

Завдання № 2. Заповніть пропуски, вибравши правильний розділ фізики або фізичне явище.

1. Дослідження електричної активності мозку за допомогою енцефалографії ґрунтується на використанні _________ сигналів.
2. Введення контрастних речовин у судини для візуалізації кровотоку пояснюється законами _________.
3. Принцип дії фітнес-трекерів, що вимірюють рівень кисню в крові, базується на _________ явищах.
4. Використання кріохірургії в медицині можливе завдяки принципам _________.
5. Дослідження впливу радіації на живі клітини належить до галузі _________ фізики.

Відповідь:

1. Електричних
2. Оптики
3. Оптичних
4. Термодинаміки
5. Ядерної

---

Дружня порада вчителю

Тривалість до 3 хв.

Зайдіть за посиланням https://learningapps.org/39982510 та виконайте інтерактивну вправу «Пазл» з теми «Розділи фізики»

---

Дружня порада вчителю

Відео можна використати як домашнє завданням. Після перегляду відео учням потрібно тезісно дати відповіді на пропоновані питання.

Проглянь відео https://youtu.be/oVwoygZ0afI?feature=shared

Дайте відповіді на питання:

• Про який розділ фізики йде мова?
• Які приклади джерел наведено в відео?

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Що з відео можна описати як математичну модель?

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Урок 5. Основні розділи фізики

---

Мета уроку: ознайомити учнів із основними розділами фізики та їхньою роллю у вивченні природи. Навчити застосовувати знання для пояснення фізичних процесів та явищ

Очікувані результати для учнівства:

Ключові слова:

• механіка
• молекулярна фізика
• термодинаміка
• електрика
• магнетизм
• оптика
• атомна та ядерна фізика
• квантова фізика
• астрофізика

План уроку:

1. Мотиваційна частина
2. Теоретичний блок
   2.1. Механіка
   2.2. Молекулярна фізика та термодинаміка
   2.3. Електрика та магнетизм
   2.4. Оптика
   2.5. Атомна та ядерна фізика
   2.6. Квантова фізика
   2.7. Астрофізика
3. Практичний блок
4. Попрактикуймо самостійно
5. Рефлексія

---

Проблемне питання

Чому фізика є основою для інших природничих наук?

Джерело: https://gemini.google.com/\

Як можна застосувати знання з фізики в повсякденному житті?

Джерело: https://gemini.google.com/ 

Посилання на відео джерела:

• https://youtu.be/qAAVNkkHdzs?feature=shared

• https://youtu.be/YYFKJAbS-wM?feature=shared

• https://youtu.be/27b3m-DsuSE?feature=shared

---

Поділ фізики на кілька основних розділів, кожен з яких охоплює певний аспект фізичних явищ, дозволяє впорядкувати знання, спростити їх засвоєння та сприяти науковим дослідженням. Це також дає можливість ефективніше використовувати фізичні закони в техніці, медицині, енергетиці та інших сферах людської діяльності. Можна виділити такі основні розділи: механіка, молекулярна фізика та термодинаміка, електрика та магнетизм, оптика, атомна та ядерна фізика, квантова фізика, астрофізика.

2.1. Механіка

Механіка є найдавнішим розділом фізики, що вивчає рух тіл, взаємодію між ними та сили, які діють на тіла. Вона поділяється на кінематику (опис руху без урахування причин), динаміку (аналіз сил, що викликають рух) і статику (вивчення рівноваги тіл). Основними законами механіки є закони Ньютона, що визначають принципи інерції, дії сили та реакції, а також збереження імпульсу та енергії. Важливий внесок у розвиток механіки зробили такі вчені, як Галілео Галілей (дослідження падіння тіл) та Ісаак Ньютон (формулювання класичних законів механіки). Прикладами механічних явищ є вільне падіння тіл, обертальний рух планет та механічні хвилі.

Таблиця 1

Розділи механіки	Опис
Кінематика	Описує рух без урахування причин, що його викликають
Динаміка	Вивчає причини руху, зокрема сили, що діють на тіла
Статика	Досліджує рівновагу тіл під дією сил

2.2. Молекулярна фізика та термодинаміка 

Молекулярна фізика та термодинаміка вивчає будову речовини на рівні молекул і атомів, а також процеси, пов’язані з температурою та теплопередачею. Основи молекулярно-кінетичної теорії пояснюють рух молекул. Закони термодинаміки описують перетворення теплової енергії. Вагомий внесок у розвиток цього розділу зробили Еміль Клапейрон, Дмитро Менделєєв (рівняння стану ідеального газу), Роберт Бойль (закон Бойля-Маріотта), Сади Карно (теорія теплових машин) і Людвіг Больцман (статистична механіка). До прикладів явищ відносяться випаровування, плавлення, тертя, передача тепла.

Таблиця 2

Розділи молекулярної фізики та термодинаміки	Опис
Будова та властивості молекул	Вивчає молекули та міжмолекулярну взаємодію
Ідеальний та реальний газ	Вивчає поведінку газів за різних умов
Властивості рідин та твердих тіл	Досліджує агрегатні стани речовин
Внутрішня енергія	Описує теплоємність речовин, зміну внутрішньої енергії під час процесів нагрівання, охолодження та фазових переходів
Основні закони термодинаміки	Вивчає енергетичні процеси, пов’язані з теплотою, теплообміном та роботою
Теплові машини	Описує принципи роботи теплових двигунів та холодильних машин.

2.3. Електрика і магнетизм 

Електрика і магнетизм як розділ вивчає електричні та магнітні поля, їх взаємодію та вплив на заряджені частинки. Закон Кулона описує взаємодію електричних зарядів, закон Ома визначає зв’язок між характеристиками струму, а електромагнітна індукція пояснює перетворення магнітної енергії в електричну. Видатні вчені в цій галузі – Шарль Огюстен Кулон (електростатика), Георг Ом (закон Ома), Майкл Фарадей (електромагнітна індукція) і Джеймс Клерк Максвелл (теорія електромагнітного поля). Явища електростатики, електромагнітних хвиль та електродинаміки знаходять застосування в електротехніці, енергетиці та радіотехніці.

Таблиця 3

Розділи електрики і магнетизму	Опис
Електростатика	Вивчає електричний заряд, електричне поле, поняття напруженість, потенціал, закон Кулона
Електричний струм	Сила струму, напруга, опір, закон Ома, робота і потужність струму
Електромагнетизм	Досліджує магнітне поле, індукцію, силу Лоренца, силу Ампера, закон Фарадея, змінний струм
Коливання і хвилі	Описує електромагнітні хвилі, резонанс, поширення електромагнітних хвиль

2.4. Оптика

Оптика досліджує природу світла, його поширення та взаємодію з речовиною. Геометрична оптика пояснює закони відбиття та заломлення світла, хвильова оптика аналізує дифракцію, інтерференцію, поляризацію світла. Квантова оптика розглядає природу світла як потік фотонів. Видатними дослідниками в галузі оптики були Ісаак Ньютон (корпускулярна теорія світла), Хрістіан Гюйгенс (хвильова теорія світла), Томас Юнг (інтерференція світла) та Альберт Ейнштейн (фотоелектричний ефект). Прикладами оптичних явищ є веселка, відбиття світла у дзеркалах, робота лінз у телескопах і мікроскопах.

Таблиця 4

Розділи оптики	Опис
Геометрична оптика	Вивчає поширення світла у вигляді променів, відбивання та заломлення без врахування природи світла
Хвильова оптика	Розглядає світло як хвилю і вивчає явища, пов’язані з хвильовими властивостями світла
Квантова оптика	Розглядає квантову природу світла та його взаємодію з речовиною.

2.5. Атомна та ядерна фізика

Атомна та ядерна фізика досліджує будову атомного ядра, процеси ядерного розпаду та ядерні реакції. Вагомий внесок у розвиток цієї галузі зробили Антуан Анрі Беккерель (відкриття радіоактивності), Марія Кюрі (дослідження радіоактивних елементів), Ернест Резерфорд (модель атома) і Нільс Бор (квантова модель атома). Використання ядерної фізики охоплює атомну енергетику, ядерну медицину (радіотерапія, томографія) тощо.

Таблиця 5

Розділи атомної та ядерної фізики	Опис
Будова атома	Досліджує електронні оболонки
Спектроскопія	Аналізує спектри випромінювання та поглинання
Структура ядра	Вивчає склад ядра та властивості протонів і нейтронів
Ядерні взаємодії та радіоактивність	Описує взаємодію між нуклонами всередині ядра, розглядає процеси поділу та синтезу між ядрами, вивчає спонтанний розпад ядер і випромінювання частинок

2.6. Квантова фізика 

Квантова фізика вивчає поведінку мікрочастинок і принципи, що керують ними на субатомному рівні. Основні концепції включають корпускулярно-хвильовий дуалізм (одночасна хвильова і частинкова природа світла), принцип невизначеності Гейзенберга (неможливість одночасно точно визначити координату та імпульс частинки) та квантові стани. До видатних фізиків у цій галузі належать Макс Планк (засновник квантової теорії), Вернер Гейзенберг (принцип невизначеності), Ервін Шредінгер (хвильова функція) та Поль Дірак (квантова електродинаміка). Квантова фізика використовується у квантових комп’ютерах, лазерних технологіях та напівпровідникових пристроях.

2.7. Астрофізика 

Астрофізика досліджує фізичні процеси у Всесвіті, від планет до галактик і чорних дір. Основні концепції включають закони руху планет (Кеплерові закони), теорію Великого вибуху, що пояснює еволюцію Всесвіту, та гравітацію як ключовий фактор формування космічних структур. Видатні вчені-астрофізики: Йоганн Кеплер (закони руху планет), Ісаак Ньютон (закон всесвітнього тяжіння), Едвін Габбл (розширення Всесвіту), Стівен Хокінг (чорні діри та космологія). Використання астрофізики охоплює космологію, розробку телескопів та місії для дослідження планет.

Таблиця 6 Основні розділи фізики

Розділи фізики	Приклади фізичних явищ	Відомі вчені
Механіка	Рух планет, падіння тіл, коливання маятника, деформація матеріалів, течія рідин і газів	Галілео Галілей, Ісаак Ньютон, Роберт Гук, Альберт Ейнштейн, Данило Бернуллі
Молекулярна фізика та термодинаміка	Тиск газів, кипіння води, танення льоду, робота теплових двигунів, теплопровідність, конвекція, випромінювання	Еміль Клапейрон, Дмитро Менделєєв, Саді Карно, Джеймс Джоуль, Людвіг Больцман, Вільям Томсон (лорд Кельвін), Роберт Бойль, Луї Гей-Люссак
Електрика і магнетизм	Електричний струм, магнітне поле, електромагнітні хвилі, радіо, телебачення	Майкл Фарадей, Джеймс Максвелл, Генріх Герц, Андре-Марі Ампер, Георг Ом, Джеймс Джоуль
Оптика	Прямолінійне поширення світла, відбивання світла, заломлення світла, дифракція, інтерференція, поляризація, спектроскопія, голографія	Ісаак Ньютон, Хрістіян Гюйгенс, Томас Юнг, Віллеброрд Снеліус, Альберт Ейнштейн, Огюстен-Жан Френель
Атомна та ядерна фізика	Будову атомного ядра, радіоактивний розпад, ядерні реакції, ядерна енергетика	Антуан Беккерель, Марія Кюрі, Ернест Резерфорд, Ернест Резерфорд, Нільс Бор Енріко Фермі, Лев Ландау
Квантова фізика	Випромінювання чорного тіла, фотоефект, будова атома, радіоактивність, ядерні реакції, елементарні частинки	Макс Планк, Альберт Ейнштейн, Нільс Бор, Ервін Шредінгер, Вернер Гейзенберг, Річард Фейнман
Астрофізика	Еволюція зірок, чорні діри, розширення Всесвіту, космічне мікрохвильове випромінювання, темна матерія, темна енергія	Йоганн Кеплер Ісаак Ньютон, Едвін Габбл, Стівен Хокінг, Альберт Ейнштейн, Віра Рубін

---

Завдання № 1

Встановіть відповідність між фізичним явищем і розділом фізики.

Фізичне явище

Розділи фізики

• а) Механіка
• б) Молекулярна фізика та термодинаміка
• в) Електрика і магнетизм
• г) Оптика
• д) Ядерна фізика
• е) Астрофізика

Завдання № 2

Заповніть пропуски, вказавши правильний розділ фізики.

1. Закони Ньютона застосовуються в __________, щоб описати рух тіл.
2. Розширення металевого стержня при нагріванні пояснює __________.
3. Сонячні батареї працюють завдяки явищам, які вивчає __________.
4. Червоний зсув у спектрі далеких галактик вивчає __________.
5. Ядерні реактори працюють завдяки процесам, що досліджує __________.
6. Утворення магнітного поля навколо струму пояснює __________.
7. Дифракція світла підтверджує основи, які вивчає ________.

Завдання № 3

Виберіть правильний варіант розділу фізики для кожного явища.

1. Що пояснює механізм роботи двигуна внутрішнього згоряння?
   а) Механіка
   б) Молекулярна фізика та термодинаміка
   в) Оптика
2. Що вивчає виникнення північного сяйва?
   а) Електрика і магнетизм
   б) Астрофізика
   в) Квантова фізика
3. Як пояснити дзеркальне відображення на поверхні води?
   а) Оптика
   б) Квантова фізика
   в) Механіка
4. Дослідження руху планет навколо Сонця?
   а) Електрика і магнетизм
   б) Астрофізика
   в) Квантова фізика

Завдання № 4

Встановіть відповідність між медичним або біологічним процесом та трьома розділами фізики, які його пояснюють.

Медичне/біологічне явище	Розділи фізики
1. Кровообіг у судинах	а) Механіка, б) Молекулярна фізика, в) Астрофізика
2. Дія рентгенівського випромінювання на тканини	а) Оптика, б) Квантова фізика, в) Ядерна фізика
3. Електрична активність серця (ЕКГ)	а) Електрика і магнетизм, б) Квантова фізика, в) Оптика
4. Робота легенів при диханні	а) Механіка, б) Молекулярна фізика і термодинаміка, в) Оптика
5. Лазерне лікування зору	а) Оптика, б) Квантова фізика, в) Електрика і магнетизм
6. Магнітно-резонансна томографія (МРТ)	а) Електрика і магнетизм, б) Квантова фізика, в) Молекулярна фізика
7. Вплив космічної радіації на ДНК	а) Астрофізика, б) Ядерна фізика, в) Квантова фізика

Завдання № 5

Виберіть правильну комбінацію розділів фізики для пояснення явища.

1. Який набір розділів фізики найкраще описує роботу штучного серця?
   а) Механіка, Електрика і магнетизм, Молекулярна фізика.
   б) Квантова фізика, Оптика, Астрофізика.
   в) Ядерна фізика, Молекулярна фізика, Оптика.
2. Що пояснює механізм ультразвукової діагностики?
   а) Механіка, Оптика, Квантова фізика.
   б) Механіка, Електрика і магнетизм, Оптика.
   в) Механіка, Електрика і магнетизм.
3.  Які розділи фізики пояснюють процес зсідання крові?
   а) Механіка, Молекулярна фізика, Оптика.
   б) Електрика і магнетизм, Квантова фізика, Астрофізика.
   в) Молекулярна фізика та термодинаміка.

Завдання № 6

Заповніть пропуски, вказавши правильні розділи фізики.

1. Процес газообміну в легенях можна пояснити за допомогою __________ та __________.
2. Явище нервового імпульсу базується на законах __________, __________ і __________.
3. Біолюмінесценція організмів має пояснення у __________ і __________.
4. Механізм слуху пов’язаний із розділами __________, __________ і __________.
5. Радіаційна терапія для лікування пухлин базується на принципах __________, __________ і __________.

Завдання № 7

Вставте пропущені слова, вказавши відповідний фізичний розділ.

1. Принципи __________ пояснюють, як працюють протези та екзоскелети.
2. Робота лазерних скальпелів заснована на законах __________.
3. __________ використовується при аналізі крові за допомогою спектроскопії.
4. Радіонуклідні дослідження працюють завдяки принципам __________.
5. Принципи ___________ пояснюють роботу штучних клапанів серця.
6. Робота магнітно-резонансного томографа (МРТ) базується на законах_____.

Завдання № 8

Виберіть “Правда” чи “Хибність” для кожного твердження щодо фізичних процесів у біології та медицині.

1. Ультразвукова діагностика ґрунтується на відбитті звукових хвиль від тканин різної щільності.
2. Лазерна хірургія базується на властивостях електромагнітного випромінювання у видимому спектрі.
3. Температура людського тіла завжди дорівнює 36,6°C незалежно від зовнішніх умов.
4. Рентгенівське випромінювання використовується для візуалізації кісток, оскільки м’які тканини його повністю поглинають.
5. Ядерно-магнітний резонанс (ЯМР) дозволяє отримувати зображення внутрішніх органів, не використовуючи іонізуюче випромінювання.
6. Гемоглобін у крові змінює свою просторову структуру залежно від кількості приєднаного кисню.
7. Електрокардіографія (ЕКГ) реєструє електричну активність головного мозку.
8. Оптичні волокна використовуються в медичній ендоскопії для передачі світла та отримання зображень внутрішніх органів.

---

Рівень А

Завдання № 1. Встановіть відповідність між фізичним явищем у медицині та розділом фізики

Фізичне явище у медицині	Розділ фізики
1. Робота слухового апарата	а) Механіка
2. Вплив магнітного поля на людське тіло	б) Ядерна фізика
3. Лазерне лікування катаракти	в) Оптика
4. Радіоактивне випромінювання в променевій терапії	г) Електрика і магнетизм
5. Рентгенівське сканування	д) Квантова фізика

Рівень В

Завдання № 2. Заповніть пропуски, вибравши правильний розділ фізики або фізичне явище.

1. Дослідження електричної активності мозку за допомогою енцефалографії ґрунтується на використанні _________ сигналів.
2. Введення контрастних речовин у судини для візуалізації кровотоку пояснюється законами _________.
3. Принцип дії фітнес-трекерів, що вимірюють рівень кисню в крові, базується на _________ явищах.
4. Використання кріохірургії в медицині можливе завдяки принципам _________.
5. Дослідження впливу радіації на живі клітини належить до галузі _________ фізики.

---

Зайдіть за посиланням https://learningapps.org/39982510 та виконайте інтерактивну вправу «Пазл» з теми «Розділи фізики»

---

Проглянь відео https://youtu.be/oVwoygZ0afI?feature=shared

Дайте відповіді на питання:

• Про який розділ фізики йде мова?
• Які приклади джерел наведено в відео?

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Що з відео можна описати як математичну модель?

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________