Učitelství fyziky pro střední školy

Garantující pracoviště: Katedra didaktiky fyziky
Oborový garant: doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D.

Doporučený průběh studia

Předměty povinné jsou vytištěny tučně, povinně volitelné předměty normálním písmem, doporučené volitelné předměty kurzívou.

Hlavní studijní plán (maior)

1. rok studia

Doporučené volitelné předměty

2. rok studia

Doporučené volitelné předměty

Přidružený studijní plán (minor)

1. rok studia

Doporučené volitelné předměty

2. rok studia

Doporučené volitelné předměty

Požadavky znalostí ke státní závěrečné zkoušce z fyziky a didaktiky fyziky

Odborná témata

Studentovi jsou zadána tři z níže uvedených témat (jsou rozdělena do sedmi okruhů a jednotlivá témata jsou číslována). Jedna otázka je přitom z okruhu A a zbylé dvě z ostatních okruhů. Student si během vymezeného času připraví písemný podklad k ústní části zkoušky. Prověřována je jak hloubka porozumění tématům, tak také šíře jejich pochopení v souvislostech (včetně souvislostí s běžným životem a technickou praxí). Student by měl také prokázat, že téma dokáže přizpůsobit studentům na střední škole a to bez nepřiměřeného zkreslení.

A. Přehledové otázky
1. Energie. 2. Hybnost. 3. Zákony zachování. 4. Rovnice kontinuity. 5. Potenciály. 6. Pohybové rovnice. 7. Oscilace. 8. Vlny. 9. Postuláty základních teorií. 10. Měření, přesnost a nejistota. 11. Vztah teorie, experimentu a pozorování. 12. Meze a vztahy fyzikálních teorií.

B. Mechanika
1. Kinematický popis a pohybové rovnice soustavy hmotných bodů. 2. Kinematika a dynamika tuhého tělesa. 3. Inerciální a neinerciální soustavy souřadnic. 4. Pohyb částic v homogenním a centrálním silovém poli. 5. Mechanika tekutin. 6. Mechanické kmitání a vlnění. 7. Výchozí principy speciální teorie relativity (STR), význam a důsledky Lorentzovy transformace. 8. Relativistická dynamika. 9. Prostor, čas a kauzalita; čtyřrozměrný prostoročas. 10. Gravitace a její popis v klasické mechanice a v obecné teorii relativity (OTR).

C. Elektrodynamika
1. Maxwellovy rovnice, materiálové vztahy a okrajové podmínky. 2. Statické elektrické a magnetické pole. 3. Stacionární elektromagnetické pole. 4. Kvazistacionární elektromagnetické pole. 5. Nestacionární elektromagnetické pole. 6. Paralely a rozdíly mezi elektrickým a magnetickým polem.

D. Termodynamika, statistická a kvantová fyzika
1. Přehled základních termodynamických postulátů a zákonů, jejich důsledky. 2. Teoretická východiska statistické fyziky a statistická rozdělení (klasická i kvantová). 3. Teplota a entropie v termodynamice a statistické fyzice. 4. Popis ideálního a reálného plynu z mikroskopického i termodynamického hlediska. 5. Experimenty vedoucí ke vzniku kvantové fyziky, příklady odlišného chování mikroskopických objektů. 6. Formální schéma kvantové mechaniky (přehled postulátů a jejich hlavních důsledků). 7. Popis soustav nerozlišitelných částic, záření černého tělesa. 8. Paradoxy kvantového světa, princip superpozice, provázanost. 9. Stavba atomu, elektronový obal, molekuly.

E. Jaderná a částicová fyzika
1. Objev atomového jádra a princip rozptylového experimentu. 2. Základní charakteristiky (rozměr, hmotnost, spin, …), složení, modely jader. 3. Co to je a kde se bere, síly mezi nukleony, závislost vazebné energie na hmotnostním čísle, využití při štěpení a fúzi jader. 4. Využití štěpení a fúze v energetice, bezpečnost jaderných elektráren. 5. Rozpad jader, vznik a charakteristika záření alfa, beta a gama, údolí stability, mapa izotopů. 6. Příklady jaderných reakcí a rozpadů a jejich využití: štěpení, fúze (reakce ve Slunci), vznik C14 v atmosféře a datování, radiodiagnostika (vč. PET). 7. Záření alfa, beta a gama, další ionizující a neionizující záření, procesy ovlivňující průchod jednotlivých záření látkou, principy stínění. 8. Základní interakce a jejich vlastnosti, přehled částic a jejich vlastnosti dle Standardního modelu, fundamentální (kvarky, leptony a bosony interakcí vč. Higgsova) a elementární (leptony, baryony a mezony) částice. 9. Základní principy urychlovačů a detektorů částic, příklady významných světových laboratoří a experimentů (současných i v minulosti).

F. Fyzika kondenzovaného stavu
1. Difrakce rentgenového záření na krystalech. 2. Rentgenografické difrakční experimenty. 3. Elektrony v pevných látkách. 4. Poruchy krystalových struktur. 5. Plastická deformace monokrystalů a polykrystalů. 6. Polovodiče a vybrané polovodičové součástky. 7. Tepelné vlastnosti pevných látek. 8. Základy supravodivosti.

G. Fyzika hvězd a vesmíru
1. Sférická astronomie: orientace na obloze, refrakce, precese, nutace, aberace, paralaxa. 2. Země a Měsíc: fáze Měsíce, slapy, zatmění Slunce a Měsíce. 3. Sluneční soustava: tělesa zemského typu, velké planety, malá tělesa. 4. Nebeská mechanika: Keplerovy zákony, Keplerova rovnice a její řešení, viriálová věta. 5. Záření hvězd: hvězdné velikosti, Pogsonova rovnice, záření ČT, Planckův zákon, Stefanův-Boltzmannův zákon. 6. Základy astrofyziky: spektrální klasifikace hvězd, Hertzsprungův-Russellův diagram, jaderné reakce ve hvězdách. 7. Vývoj hvězd: Jeansovo kritérium, vývojové stopy v HR-diagramu, závěrečná stádia vývoje hvězd. 8. Naše Galaxie: hvězdokupy a asociace, stavba a rotace Galaxie.

Didaktická témata

Didaktická část státní závěrečné zkoušky je realizována jedním z následujících dvou způsobů: 1. Didaktický výstup. Student v rámci didaktického výstupu zprostředkuje konkrétní fyzikální téma na úrovni střední školy. Do výstupu je integrován fyzikální experiment, ať již demonstrační či žákovský. Student je schopen diskutovat cíl výstupu, jeho zasazení do kontextu, případná alternativní provedení experimentu atd. Orientaci v situaci prokazuje schopností adekvátně reagovat na dotazy komise. Seznam témat pro aktuální akademický rok je zveřejněn na webu katedry didaktiky fyziky. 2. Reflexe vlastní výuky. Student formou řízené diskuse se členy komise reflektuje úryvek ze své vlastní výukové praxe. V rámci diskuse je student schopen identifikovat přednosti a limity předložené výukové situace, případně navrhnout či podle možností realizovat alternativy k reflektované situaci. Úryvek je zkušební komisi poskytnut formou videozáznamu ve stanoveném termínu před konáním státní závěrečné zkoušky. Videozáznam musí splňovat náležitosti popsané na webu katedry. Z uvedených dvou způsobů si student volí právě jeden. V případě, že student vybere možnost reflektovat vlastní výuku, ale nedodá ve stanoveném termínu požadovaný úryvek výuky, realizuje didaktickou část státní závěrečné zkoušky formou výstupu dle bodu 1.

Témata výstupů

1. Zákon zachování hybnosti

2. Rovnoměrně zrychlený přímočarý pohyb

3. Archimédův zákon pro kapaliny a plyny

4. Hydrostatická tlaková síla a hydrostatický tlak

5. Mechanické vlnění

6. Mechanické kmitání

7. Odraz a lom světla

8. Jednoduché optické přístroje (lupa, mikroskop, dalekohled)

9. Interference světla

10. Přenos tepla (vedením, prouděním, zářením)

11. Teplotní roztažnost (délková i objemová)

12. Elektrostatická indukce

13. Ohmův zákon

14. Magnetické pole vodiče a cívky s proudem

15. Elektromagnetická indukce

16. Transformátor

17. Polovodičová dioda a její použití

18. Bipolární tranzistor a jeho užití jako spínače nebo zesilovače

19. Obvod střídavého proudu s R, L, C