תוכנית הלימודים בפיזיקה

נוסחאות

פירוט

- מושגי היסוד "אורך" ו"זמן": מדידתם ויחידותיהם, מערכת היחידות התקנית SI.

- המושגים: "ציר מקום", "מערכת ייחוס", "מקום יחסי", "מרחק", "העתק", "דרך".

- 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.

- 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.

- המושגים: "מהירות כווקטור", "תאוצה כווקטור".

- כיוון התאוצה בתנועה קצובה על מסלול עקום.

- רכיבי תאוצה: רכיב משיקי ורכיב ניצב למשיק (רדיאלי).

פעילויות מומלצות

- ניסוי: חוק הוּק.

- הדגמה: כוחות מתחברים על פי כלל חיבור ההעתקים.

- הדגמה: כל פעולת כוח היא צד אחד של אינטראקציה.

- ניסויים: החוק השלישי של ניוטון באופן כמותי.

- דוגמאות:

1) כוחות הידרוסטטיים.

2) כוחות מגנטיים.

- הדגמה: תנועת גוף על מסלול עם חיכוך קטן.

- הדגמה: היחלצות ממסילה עקומה.

- הדגמה: עגלת התמדה.

- סרטון: חוק ההתמדה/היקום המכני.

- ניסוי: דינמומטר אופקי קשור לשתי משקולות בחוטים הכרוכים סביב שתי גלגילות.

- הדגמה: התעקמות משטח שולחן בעת העמסתו.

- הדגמות שונות של מערכות הכוללות חוטים, משקולות ודינמומטרים.

- דף עבודה: מציאת הקשר בין כיוון הכוח השקול וכיוון התאוצה (בתנועה חד-ממדית ובתנועה דו-ממדית).

- ניסוי: תלות התאוצה a ב-

פירוט

- המושג "כוח", כוח הכובד.

- תכונת האלסטיות ותכונת הלינאריות של קפיץ.

- דינמומטר.

- 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 ().

- התמדה בציר מסוים.

- 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

בתנועה חד-ממדית.

.

- המסה של גוף כמדד להתמדתו (מסה התמדית)

- ניסוי: מדידת היחס לגבי גופים שונים בתנועה חד-ממדית.

- ניסוי: תלות התאוצה a ב-

.

- הקילוגרם - יחידת המסה ב- SI.

- ניסוח החוק השני של ניוטון.

- משוואת תנועה.

- המסה של גוף כמדד לעָצמת כוח הכובד הפועל עליו (מסה כובדית).

- מדידת מסה באמצעות מאזני כפות.

- צפיפות ומשקל סגולי.

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.

בתנועה דו-ממדית.

- הדגמה: "מסה אינרציאלית" ו"מסה כובדית" הן גדלים פרופורציוניים.

- ניסויים: מציאת מקדם החיכוך, יישום החוק השני של ניוטון במערכות דו-גופיות.

- גיליון אלקטרוני: פתרון נומרי של משוואת תנועה.

- ניתוח תרשים-עקבות של גוף שנזרק.

- ניתוח סרטון וידאו של גוף הנזרק באוויר.

- דף עבודה: תלות התאוצה הרדיאלית במהירות התנועה וברדיוס המסלול המעגלי.

- 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.

- המושג "גוף חופשי".

- החוק הראשון של ניוטון.

- כדור הארץ כמערכת ייחוס אינרציאלית בקירוב.

- מטוטלת פוקו (איכותי).

- עקרון היחסות של גלילאו.

- נוסחאות הטרנספורמציה של גלילאו עבור התאוצה (תנועה לאורך קו ישר).

- עקרון האקוויוולנציה ושימוש בו לניתוח תנועה ביחס למערכות מואצות.

- המושגים: "משקל", "כיוון מטה", "כיוון אופקי".

פעילויות מומלצות

- ניסוי: הקשר בין המתקף הכולל הפועל על גוף, לשינוי התנע של הגוף (באמצעות חיישן-כוח ושער-אור).

- ניסויים: בחינת שימור תנע כאשר המהירויות נמדדות באופן ישיר (מד-טווח או צילום וידאו); בממד אחד ובשני ממדים.

- ניסויים: שימור תנע בתופעות התנגשות, רתע, ובמהלך אינטראקציה.

נוסחאות

פירוט

- 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.

- המושג "מערכת סגורה".

- שימור תנע במערכת דו-גופית סגורה.

- חוק שימור התנע.

- התנגשויות.

- רתע.

- שימור תנע במהלך אינטראקציה.

- הנעה רקטית (איכותי).

פעילויות מומלצות

- ניסויים: נפילה חופשית או מישור משופע - חישוב עבודת כוח הכובד ותוספת האנרגיה הקינטית.

נוסחאות

פירוט

- 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).

- כוחות משמרים וכוחות שאינם משמרים.

- אנרגיה פוטנציאלית כובדית.

- אנרגיה פוטנציאלית אלסטית.

- אנרגיה מכנית כוללת.

- שימור האנרגיה המכנית.

- שיקולי כוחות ואנרגיה.

- הינתקות מן המסלול המעגלי.

- המרות אנרגיה בהתנגשות פלסטית; אנרגיה פנימית.

- התנגשות אלסטית; המהירות היחסית בהתנגשות אלסטית.

- המושגים "הספק" ו"נצילות".

נוסחאות

פירוט

- המושגים "לחץ" ו"טמפרטורה".

- תיאור התנהגות גז תחת שינויי נפח, לחץ וטמפרטורה.

- המושג "האפס המוחלט".

- המושגים "גז אידאלי" ו"גז ראלי".

- הנחות המודל הקינטי.

- פיתוח ביטוי מתמטי ללחץ שמפעיל גז אידאלי

.

- 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.

פעילויות מומלצות

ניסויים:

- דגימת הכוח הפועל על גוף מתנודד כפונקציה של המקום.

- דגימת המקום של גוף מתנודד כפונקציה של הזמן.

- גיליון אלקטרוני: פתרון משוואת התנועה של אוסצילטור הרמוני באופן נומרי.

- מדידת זמן-המחזור של תנודות אנכיות כפונקציה של המסה.

- מדידת זמן-המחזור של מטוטלת פשוטה כפונקציה של אורך המטוטלת.

נוסחאות

פירוט

תנועה מחזורית:

- 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.

- 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.

לכל t.

כאשר: p(t) - מקום הגוף ברגע t.

נוסחאות

פירוט

- 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.

- הביטוי לכוח הכבידה בקירוב שבו המסלולים הם מעגליים.

- יחס תאוצות הנפילה החופשית, של עצם על פני הארץ ושל הירח בכיוון הארץ, 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

לגבי גרם שמים כדורי

.

- הצלחות נוספות לתאוריית הכבידה: גילוי נפטון, הסבר תופעת הגיאות והשפל (איכותי).

- תנועת לוויינים במסלולים מעגליים; חישוב מסת כוכב על פי נתוני לוויין שלו.

- המושגים: "עָצמת 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.

פעילויות מומלצות

- הדגמה: כוחות דחייה ומשיכה בין לוחיות פלסטיק משופשפות.

- הדגמה: מוליכות חשמלית של חומרים, למשל: מעבר מטענים בין אלקטרוסקופים.

- הדגמה: מבנה אלקטרוסקופ, השראה אלקטרוסטטית, טעינה באמצעות שפשוף וטעינה באמצעות השראה.

- הדגמה: הדלקת נורת ניאון בקרבת מחולל אלקטרוסטטי.

- ניתוח סרט וידאו או הדמיה של חוק קולון.

- הדגמה: טעינה ע"י הפרדה של מטענים.

- הדגמה של מיפוי של שדות חשמליים בעזרת כדור בוחן או הדמיה של מיפוי של שדות חשמליים.

- הדגמה: קווי שדה ומיפוי של שדות חשמליים עם "מצפנים חשמליים".

- הדגמה: סיכוך חשמלי ו"דלי פארדיי".

פירוט

- שני סוגי מטען חשמלי והכוחות הפועלים ביניהם.

- מוליכים ומבדדים - 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.

- 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).

פעילויות מומלצות

- ניסוי או הדמיה: מדידת הפרש פוטנציאלים בקרבת כדור מוליך טעון.

- ניסוי: מיפוי שדה חשמלי בעזרת משטחים שווי-פוטנציאל באמבט אלקטרוליטי או בנייר מוליך.

- הדמיות מחשב להמחשת שדות ופוטנציאלים שונים.

- ניסוי: הטיה חשמלית של אלומת אלקטרונים בשפופרת טלטרון.

- הדגמה: האוסילוסקופ כמד-מתח.

- ניסוי: מדידות קיבול של קבלים.

- ניסוי או הדמיה: תלות הקיבול של קבל-לוחות בפרמטרים.

פירוט

- 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.

- "הארקה".

- חיבור שני מוליכים טעונים.

- משטחים שווי-פוטנציאל וקווי שדה.

- הקשר בין הפרש פוטנציאלים ושדה חשמלי.

- האצה של מטענים על-ידי שדות חשמליים.

- הטיה של אלומת אלקטרונים בשדה חשמלי אחיד.

- יישומים: "תותח אלקטרונים", אוסילוסקופ.

- היחידה "אלקטרון-וולט" (eV).

- המושג "קיבול חשמלי".

- "פרד" - יחידת הקיבול החשמלי.

- המושג "קבל".

- הקיבול של קבל-לוחות - תלות הקיבול בפרמטרים.

- הקבוע הדיאלקטרי, הסבר איכותי לתכונות של דיאלקטרן.

- חיבור קבלים במקביל ובטור.

- האנרגיה של מוליך טעון.

- דיון וטיפול איכותי בטעינה ופריקה של קבל.

- שימושים של קבלים.

פעילויות מומלצות

- ניסוי: אופייני נגד ונורת להט.

- ניסוי או הדמיה: תלות ההתנגדות בפרמטרים.

- ניסויים בעזרת נייר מוליך.

- ניסוי: גילוי תוכנהּ של קופסה סגורה (שני הדקים).

- תלות מתח ההדקים בזרם.

- הדגמת טעינה ופריקה של קבל גדול דרך נורה.

- ניסוי טעינה ופריקה של קבל.

- ניסוי או הדגמה: אנרגיה בקבל טעון (פריקת קבל דרך נגד הנמצא בקלורימטר).

- ניסוי: גילוי תוכנהּ של קופסה סגורה (ארבעה הדקים).

- הדגמה: הצגה של גלוונומטר.

פירוט

- הגדרת הזרם החשמלי ועָצמתו.

- תופעות לוואי של הזרם החשמלי.

- הזרם הרגעי כשיפוע גרף מטען-זמן.

- המטען כשטח שמתחת לגרף זרם-זמן.

- יחידת עָצמת הזרם והקשר בין עָצמת הזרם החשמלי למהירות הסחיפה של האלקטרונים.

- הגדרת המתח החשמלי.

- חוק אום.

- תלות ההתנגדות בפרמטרים שונים.

- נגד משתנה, חיבור כראוסטט וכפוטנציומטר.

- 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).

- מד-זרם ומד-מתח אידאליים.

- השפעת מכשירים לא אידאליים על המעגל.

פעילויות מומלצות

- הדגמת מיפוי שדות מגנטיים בעזרת מצפן.

- ניסוי או הדמיית מחשב: תלות הכוח המגנטי בפרמטרים

.

- ניסוי: מדידת השדה המגנטי בתוך סילונית (מאזני זרם).

- ניסוי: גלוונומטר טנגנטי

.

- הדגמה: כוח בין שני תֵילים נושאי זרם.

- ניסוי או הדמיית מחשב: מדידת e/m.

- הדמיית מחשב: הדגמת תנועת מטען במרחב.

- הדמיה: ספקטרוגרף מסות וציקלוטרון.

פירוט

- 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 עָצמת השדה המגנטי והשוואה להגדרת עָצמת השדה החשמלי

.

- 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 נושא 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.

- בורר מהירויות.

- ספקטרוגרף מסות.

- ציקלוטרון.

פעילויות מומלצות

- הדגמת זרם מושרה בסליל הנע בקרבת מגנט.

- הדגמות בעזרת אוסצילוסקופ.

- הדגמה: מדידת B בעזרת סליל בוחן.

- ניסוי: כא"מ במנוע מרים משא.

- ניסוי: בלימת מנוע מרים משא.

- הדגמה: מגנט נופל בתוך צינור אלומיניום.

- ניסויים במערכת שנאי מתפרק.

- ניסויים במערכת שנאי מתפרק.

- הדגמה: הדלקת נורה בהשהיה.

- סרט בסדרה: "מעבר ליקום המכני" (או"פ).

נוסחאות

פירוט

- 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 פארדיי.

- כא"מ הנוצר בלולאה כתוצאה משינוי בזמן של השדה המגנטי.

- חוק לנץ וקביעת כיוון הזרם המושרה.

- חוק לנץ כנובע משימור אנרגיה.

- 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 לנושא האלקטרומגנטיות.

פעילויות מומלצות

- הדגמות: מבנה העין; יצירת דמות של הנוף המשתקף מחלון (על מסך כגון קיר) באמצעות עדשה.

- הדגמה: הצגת מקורות אור שונים.

- הדגמה: חיתוך בין שתי אלומות אור.

- הדגמה: הצגת אלומות אור שונות והצגת הקשר בין תבניות האור לייצוג הגרפי.

- הדגמה: היווצרות צל וצללית.

- הדגמה: החזרה של אלומה צרה ואלומה מתפזרת.

- הדגמה: המחשת המושג "דמות מדומה" ואיתור מקומה (בעזרת מראה מישורית ושני נרות).

- הדגמה: שינוי מהלכה של אלומת אור צרה הפוגעת במשטח גבול בין תווכים שקופים ( אוויר/נוזל/ מוצק).

- ניסוי: חקירת תלות זווית השבירה בזווית הפגיעה.

- הדגמה: ראיית מוט זכוכית בתוך אוויר ומים ו'היעלמותו' בגליצרול.

- הדגמה: החזרה מלאה במנסרה ובסיב אופטי.

- הדגמה: נפיצה במנסרה.

- הדגמה: עדשות כדוריות שונות – מבנה ומוקד.

- הדגמה: מהלך 'קרן', אלומה מקבילה ואלומה מתפזרת בעדשות מרכזות ומפזרות.

- ניסוי: חקירת עדשה מרכזת - הקשר שבין מיקום עצם למיקום הדמות ואופייה.

פירוט

- מבנה העין ותנאים לראייה.

- מקורות אור וגלאי אור.

- אפיונים ראשונים למהות האור: אור כנושא 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 הדמות 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 הדמות בעזרת 'קרניים מיוחדות',

סרטוט מהלך קרן כלשהי, סימון שדה הראייה.

- "הגדלה קווית".

פעילויות מומלצות

- הדגמה: תנועת פולס בקפיץ (אורך ורוחב).

- ניסוי: ניתוח סרטון וידאו המתאר תנועת פולס.

- הדגמה: התקדמות שני זעזועים בקפיץ.

- תרגול: בניית סופרפוזיציה באמצעות נייר ועיפרון.

- ניתוח ממוחשב של סופרפוזיציה בהדמיה או בגיליון אלקטרוני.

- הדגמה: החזרה בקפיץ.

- הדגמה: מעבר פולס מתווך לתווך בקפיצים.

- הדמיה: גלים מחזוריים.

- הדגמות וניסויים באמבט גלים: יצירת פולסים וגלים מחזוריים ומדידת מהירות ואורך-גל.

- פעילות ממוחשבת או סרטון וידאו: הקשר בין סופרפוזיציה לגלים עומדים.

- ניסוי Melde.

- הדמיית אמבט גלים: התבוננות בחתכים ניצבים לאמבט תוך שינוי פרמטרים שונים.

- ניסוי רגיל, ממוחשב או ניתוח סרטון וידאו: החזרה ממחסום ישר באמבט גלים.

- ניסוי: התאבכות באמבט גלים - מציאת אורך-גל על פי הפרש מרחקים של נקודה על קו מקסימום או על קו מינימום משני המקורות.

- ניסוי או הדמיה: התאבכות באמבט גלים - תלות תבנית ההתאבכות בפרמטרים השונים.

- ניסוי או הדמיה: תמונת התאבכות של אור מונוכרומטי (לייזר) דרך שני סדקים ותמונת עקיפה.

- ניסוי או הדמיה: עקיפה באמבט גלים - תלות תבנית העקיפה בפרמטרים השונים.

- ניסוי או הדמיה: תמונה עקיפה של אור מונוכרומטי (לייזר) ושל "אור לבן" דרך סריג עקיפה.

- הדגמה: תופעות גליות של גלי מיקרו.

- הדגמה: תופעת הפלואורסצנסיה של קרינה על-סגולה.

- הדגמה: החזרה של קרינה תת-אדומה משלט-רחוק.

- סרט על הספקטרום האלקטרומגנטי ושימושיו.

פירוט

- המושגים: "פולס" (זעזוע), "פולס רוחב", "פולס אורך".

- תיאור של פולס:

· המושגים: "מקום", "העתק" ו"משרעת".

· תיאור פונקציית העתק-מקום:

.

· תיאור פונקציית העתק-זמן:

.

- 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 נושא 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.

- 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.

- 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 הגאומטרית.

- מעמדו של מודל הגלים המכניים, מהו התווך שהאור מרעיד?

קווי מקסימום עבור

:

קווי צומת עבור :

עבור וזוויות קטנות:

- עיקרי המודל האלקטרומגנטי של האור, ניבויי התאוריה האלקטרומגנטית.

- גלים אלקטרומגנטיים – היבטים מדעיים, טכנולוגיים והיסטוריים:

· השפעת האטמוספרה על קרינה אלקטרומגנטית.

· התחומים השונים של ספקטרום הקרינה האלקטרומגנטית, יישומים טכנולוגיים.

- קשיים של מודל הגלים האלקטרומגנטיים.

פעילויות מומלצות

נוסחאות

פירוט

- הדגמה איכותית של האפקט הפוטואלקטרי.

- אי-יכולתה של תאוריית מקסוול להסביר חלק מן העובדות הניסיוניות לגבי האור, השערת פלנק.

- התא הפוטואלקטרי, חקירת תלותו של מתח העצירה בתדירות הקרינה הפוגעת, ניסוי מיליקן.

- המודל של איינשטיין לאפקט הפוטואלקטרי.

- יישומים: פתיחת דלתות, מנגנוני אזעקה, מכפיל-אור

.

- 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, הקשר 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.

פעילויות מומלצות

ניסויים והדגמות:

- שפופרת צלב מלטזי: הסחה בשדה חשמלי ובשדה מגנטי.

- מדידת היחס e/m.

- אלקטרוליזה.

- המחשת המודל בעזרת מתקן מכני (ראו הערות דידקטיות).

- הדמיית מחשב: פיזור חלקיקי

נוסחאות

פירוט

- קרני קתודה - רקע היסטורי (ויכוחים לגבי מהות הקרניים).

- ניסויים לחשיפת תכונות קרני קתודה.

- 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:

- 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.

- הצגת העיקרון.

- חישוב תדירויות הקרינה הנפלטת מאטום מימן בעל רדיוס גדול - בעזרת התורה האלקטרומגנטית הקלאסית ובעזרת מודל בוהר.

נוסחאות

פירוט

- הנחת דה-ברויי.

- ניסוי תומסון (G.P. Thomson): 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.

פעילויות מומלצות

- בניית רמות אנרגיה גרעיניות של גרעין-בן, על סמך ערכי האנרגיה של הקרינה הרדיואקטיבית הנפלטת מגרעין-האב.

- בניית גרף של אנרגיית קשר ממוצעת כפונקציה של מספר הנוקליאונים.