Земля и Вселенная (12 часов)

Вселенная и Метагалактика. Микромир, макромир и мегамир, их масштабы. Звезды, их природа. Расстояния в звездном мире. «Маяки Вселенной» — переменные и сверхновые звезды.

Размеры и форма Земли. Вращение Земли, направление земной оси. Естественный спутник Земли. Движение Земли вокруг Солнца. Литосфера. Земная кора, ее состав, структура и динамика. Земные не­дра и методы их изучения. Магнитное поле Земли и его происхожде­ние. Мантия и ядро. Океан и атмосфера Земли. Их физические свой­ства, химический состав и значение для живых организмов.

Солнечная система; ее пространственно-временные характерис­тики и устройство. Планеты земной группы. Планеты-гиганты и их кольца. Астероиды и кометы. Спутники планет. Солнце — наша звез­да. Солнце как движущая сила планетарных процессов. Термоядер­ные реакции.

Звезды. Созвездия. Разнообразие звездного мира. Эволюция звезд. Синтез химических элементов. Взрывы сверхновых. Происхож­дение и эволюция планетных систем. Проблема внеземной жизни.

Галактики, их классификация. Скопления галактик. Иерархия структур мегамира. Необычные космические объекты. Эволюция Вселенной. Красное смещение: открытие Хаббла. Разбегание галак­тик. Гипотеза Большого взрыва. Будущее Вселенной.

Лабораторные работы

Наблюдение звездного неба.

Исследование структур мегамира: определение их размеров, уда­ленности от Земли (формат компьютерного практикума).

Исследование строения Солнечной системы (формат компьютер­ного практикума).

2. Симметрия и понимание природы (12 часов)

Симметрия пространственных форм. Гармония пространствен­ных форм в живой и неживой природе. Геометрические симметрии. Платоновы тела. Кристаллы. Формы природных образований. Фрак­талы. Элементы фрактальной геометрии. Симметрия фрактальных форм. Примеры природных фрактальных систем. Общее понятие симметрии. Симметрия как инвариантность. Виды симметрии. Зна­чение симметрии в естествознании.

Симметрия и порядок. Упорядоченность как наличие структуры. Нарушение симметрии в процессах развития как общий закон приро­ды. Неоднородность Вселенной, галактик, планет как примеры нару­шения симметрии в процессах эволюции.

Пространство и время. Однородность и изотропность пространст­ва, однородность времени. Анизотропность времени. Законы сохране­ния как следствие симметрии пространства и времени. Принцип от­носительности. Опыт Майкельсона — Морли. Инвариантность ско­рости света и принцип относительности как динамические симметрии.

Элементы специальной теории относительности. Следствия из постулатов Эйнштейна: относительность одновременности, расстоя­ний и промежутков времени. Нераздельность пространства и време­ни. Эквивалентность массы и энергии. Элементарные представления общей теории относительности.

Лабораторные работы (проводятся в формате компьютерного практикума)

Изучение элементов симметрии на примере Платоновых тел. Построение фракталов, фрактальных систем. Опыт Майкельсона — Морли.

3. Материя, ее структура и свойства (12 часов)

Понятие материи. Материальное единство Вселенной.

Вещество как форма материи. Агрегатные состояния вещества. Основные положения молекулярно-кинетической теории.

Физическое поле. Принцип близкодействия. Поле и заряд, их взаи­мосвязь. Электрическое поле, магнитное поле, электромагнитное поле.

Понятие взаимодействия. Фундаментальные взаимодействия, их свойства и материальные носители. Взаимодействия, преобладающие в мега-, макро- и микромире. Устойчивость атомов, атомных ядер. Радиоактивность.

Волновая природа света. Интерференция и дифракция. Когерент­ность. Опыты Герца. Электромагнитная природа света. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Эйнштейн: квантовое объяснение фотоэффек­та. Двойственная природа света. Квантовая гипотеза Планка. Посто­янная Планка. Фотон — квант электромагнитного поля.

Дифракция электронов. Волновые свойства фундаментальных частиц. Уравнение Луи де Бройля. Корпускулярно-волновой дуализм.

Испускание и поглощение света атомами. Спектры излучения и поглощения водорода. Постулаты Бора. Квантово-механические представления о строении атома. Физический вакуум как форма ма­терии. Виртуальные частицы. Понятие об античастицах.

Движение как способ существования материи. Формы движения и формы материи. Движение и неуничтожимость материи. Движение и единство материального мира. Энергия как мера движения материи. Формы энергии. Трансформации энергии. Закон сохранения энергии как отражение неуничтожимости движения. Энергия и единство Все­ленной.

Лабораторные работы (проводятся в формате компьютерного практикума)

Наблюдение электромагнитной индукции*.

Наблюдение дифракции на одной и двух щелях, малом отверстии и малом препятствии различных форм*.

Определение длины волны света с помощью дифракционной ре­шетки (возможен формат реальных лабораторных установок).

Исследование фотоэффекта. Изучение его законов.

Наблюдение спектров излучения различных газов (возможен фор­мат реальных лабораторных установок).

4. Строение и свойства вещества (12 часов)

Единство и эволюция элементного состава вещества на Земле и во Вселенной. Элементный состав живых и биокосных систем. Механиз­мы миграции элементов на Земле. Периодический закон Менделеева

* Работы выполняются факультативно.

как взаимосвязь химических элементов. Периодическое изменение физических и химических свойств элементов.

Строение простых молекул. Химическая связь, ее типы. Ионная связь. Ковалентная связь. Полярные молекулы. Межмолекулярные взаимодействия. Геометрическое строение молекул и их симметрия. Молекула как структурная основа многообразия веществ.

Строение и свойства многоатомных молекул. Особая роль углеро­да в природе. Насыщенные и ненасыщенные углеводороды. Аромати­ческие соединения. Аминокислоты. Белки. Углеводы. Моно- и поли­сахариды. Нуклеиновые кислоты, АТФ — универсальный энергоно­ситель живой клетки.

Механизмы, типы и скорость химических реакций. Факторы, вли­яющие на скорость реакции. Катализ. Ферментативные реакции. Фо­тохимические реакции. Фотосинтез. Цепные реакции. Горение и взрыв. Автоколебательные реакции.

Структура твердых тел и жидкостей. Ионные кристаллы. Кова-лентные кристаллы. Металлы. Молекулярные кристаллы. Аморфные материалы. Жидкие кристаллы. Вода. Растворы. Коллоидное состоя­ние вещества. Каркасные структуры. Силикаты. Основные типы твер­дых тел: металлы и сплавы, диэлектрики, полупроводники. Сверхпро­водники. Магнетики. Полимеры. Стекла.

Лабораторные работы (проводятся в формате компьютерного практикума)

Строение простых молекул: геометрия молекул и их симметрия*. Компьютерный анализ и дизайн биомакромолекул*. Структура кристаллических твердых тел, их симметрия. Автоколебательные химические реакции.