diff --git a/plans/textbooks-11/PLAN_FIZIKA_11.md b/plans/textbooks-11/PLAN_FIZIKA_11.md new file mode 100644 index 0000000..ee2c001 --- /dev/null +++ b/plans/textbooks-11/PLAN_FIZIKA_11.md @@ -0,0 +1,531 @@ +# План реализации: Физика 11 (Беларусь, Жилко/Маркович/Сокольский, 2021) + +**Источник:** `fizika_11kl_zhilko_rus_2021.pdf` (286 стр. + приложение) +**Авторы:** В. В. Жилко, Л. Г. Маркович, А. А. Сокольский +**Издательство:** «Народная асвета», Минск, 2021 +**Уровень:** Базовый + повышенный (с электронным приложением) + +> Это **выпускной курс физики**, охватывающий почти всю современную физику от классических колебаний до элементарных частиц. Главные вызовы: +> 1. **Анимированные осциллограммы** и **симуляторы маятников/контуров** — нужна новая библиотека `phys-fx.js` поверх SVG/Canvas с реальным временем. +> 2. **Лучевая оптика** (§14-§23): тонкие линзы, сферические зеркала, дифракционные решётки — нужен интерактивный **трассировщик лучей**. +> 3. **Квантовая физика** (§27-§44): фотоэффект, Бор, ядро — много новых SVG-моделей (атом, ядро, спектры). +> 4. **45 параграфов** против 22 у Алгебры 10 и 14 у Геометрии 10 — самый большой учебник за весь проект. +> +> Это **2-я физика** в системе (после Физики 10). Используем `phys-fx.js` как продолжение опыта `stereo3d.js`. + +--- + +## 🎯 Содержание учебника (45 § в 8 главах) + +### Глава 1. Механические колебания и волны (§§ 1-6, стр. 5-50) +| § | Тема | Ключевые формулы / явления | +|---|------|----------------------------| +| §1 | Колебательное движение. Гармонические колебания | $T=\Delta t/N$, $\nu=1/T$, $\omega=2\pi/T$, $x=A\cos(\omega t+\varphi_0)$. Осциллограмма. | +| §2 | Пружинный и математический маятники | $T_{пр}=2\pi\sqrt{m/k}$, $T_{мат}=2\pi\sqrt{l/g}$. | +| §3 | Превращения энергии при гарм. колебаниях | $W_{мех}=\tfrac{kA^2}{2}=\tfrac{m\omega^2 A^2}{2}$. Сохранение полной энергии. | +| §4 | Свободные и вынужденные колебания. Резонанс | Затухание, диссипация, резонансная кривая, $\omega_{рез}\approx\omega_0$. | +| §5 | Распространение в упругой среде. Продольные и поперечные волны | $\lambda=vT$, $v=\lambda\nu$. | +| §6 | Звуковые волны | Слышимый диапазон 16 Гц-20 кГц, $v_{зв}^{возд}\approx 340$ м/с. Интенсивность, громкость. | + +### Глава 2. Электромагнитные колебания и волны (§§ 7-13, стр. 51-87) +| § | Тема | Ключевые формулы / явления | +|---|------|----------------------------| +| §7 | Колебательный контур. Своб. ЭМ колебания. Формула Томсона | $T=2\pi\sqrt{LC}$. Превращения $W_C \leftrightarrow W_L$. | +| §8 | Вынужденные ЭМ колебания. Переменный ток | $i=I_0\sin(\omega t)$, $u=U_0\sin(\omega t+\varphi)$. Действ. значения $I=I_0/\sqrt{2}$. | +| §9 | Преобразование переменного тока. Трансформатор | $k=N_1/N_2=U_1/U_2$. КПД. | +| §10 | Производство, передача, потребление электроэнергии | ГЭС, ТЭС, АЭС. Потери $P=I^2R$. | +| §11 | Экологические проблемы энергетики | Альтернативные источники. | +| §12 | ЭМ волны. Шкала ЭМ волн | $c=3\cdot 10^8$ м/с, радио → γ. $\lambda$ от км до фм. | +| §13 | Действие ЭМ излучения на живые организмы | Ионизирующее vs неионизирующее. | + +### Глава 3. Оптика (§§ 14-23, стр. 88-150) +| § | Тема | Ключевые формулы / явления | +|---|------|----------------------------| +| §14 | ЭМ природа света. Скорость света | Опыт Майкельсона, Рёмера. $c$ в вакууме. | +| §15 | Интерференция света | $\Delta=k\lambda$ (max), $\Delta=(2k+1)\lambda/2$ (min). Кольца Ньютона. | +| §16 | Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция. Дифр. решётка | $d\sin\varphi=k\lambda$. | +| §17 | Прямолин. распр. и отражение. Зеркала | $\angle_{пад}=\angle_{отр}$. Плоские зеркала. | +| §18 | Сферические зеркала. Построение изображений | $\frac{1}{F}=\frac{1}{d}+\frac{1}{f}$, $\Gamma=f/d$. | +| §19 | Закон преломления. Полное отражение | $n_1\sin\alpha=n_2\sin\beta$, $\sin\alpha_{пр}=1/n$. | +| §20 | Прохождение света через оптические элементы | Призмы, плоскопарал. пластинки, оптоволокно. | +| §21 | Формула тонкой линзы | $\frac{1}{F}=\frac{1}{d}+\frac{1}{f}$, $D=1/F$. | +| §22 | Оптические приборы для действ. изображений | Фотоаппарат, проектор. | +| §23 | Оптические приборы для увеличения угла зрения | Лупа, микроскоп, телескоп. | + +### Глава 4. Основы СТО (§§ 24-26, стр. 151-162) +| § | Тема | Ключевые формулы | +|---|------|------------------| +| §24 | Принцип относ. Галилея. Экспериментальные предпосылки СТО | Опыт Майкельсона-Морли. | +| §25 | Постулаты СТО | 2 постулата Эйнштейна. Преобразования Лоренца. $\Delta t=\gamma \Delta t_0$, $l=l_0/\gamma$. | +| §26 | Релятивистская динамика. $E=mc^2$ | $p=\gamma m v$, $E_0=mc^2$, $E^2=(mc^2)^2+(pc)^2$. | + +### Глава 5. Фотоны. Действия света (§§ 27-29, стр. 163-182) +| § | Тема | Ключевые формулы | +|---|------|------------------| +| §27 | Фотоэффект. Эксперим. законы. Гипотеза Планка | $E=h\nu$, $h=6{,}63\cdot 10^{-34}$ Дж·с. | +| §28 | Фотон. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта | $h\nu=A_{вых}+\frac{mv^2_{max}}{2}$, $\nu_{кр}=A/h$. | +| §29 | Давление света. Корпускулярно-волновой дуализм | $p_{фот}=h\nu/c$. Опыт Лебедева. | + +### Глава 6. Физика атома (§§ 30-34, стр. 183-207) +| § | Тема | Ключевые формулы | +|---|------|------------------| +| §30 | Ядерная модель атома (Резерфорд) | Опыт с α-частицами. Размер ядра $10^{-15}$ м. | +| §31 | Квантовые постулаты Бора | $E_n=-E_1/n^2$. Боровский радиус. | +| §32 | Излучение и поглощение света. Спектры | $h\nu=E_n-E_m$. Линейчатые спектры. | +| §33 | Спонтанное и индуцированное излучение | Подготовка к лазерам. | +| §34 | Лазеры | Инверсная населённость. Когерентность. | + +### Глава 7. Ядерная физика и элементарные частицы (§§ 35-44, стр. 208-265) +| § | Тема | Ключевые формулы | +|---|------|------------------| +| §35 | Протонно-нейтронная модель ядра | $A=Z+N$. Изотопы. | +| §36 | Ядерные реакции. Законы сохранения | Сохр. заряда, нуклонов, энергии-импульса. | +| §37 | Энергия связи ядра | $E_{св}=\Delta m c^2$, $\Delta m=Zm_p+Nm_n-m_я$. | +| §38 | Радиоактивность | α, β, γ-распады. | +| §39 | Закон радиоактивного распада | $N=N_0 \cdot 2^{-t/T}$. Период полураспада. | +| §40 | Деление тяжёлых ядер. Цепные реакции | Деление $^{235}$U. $k$ — коэф. размножения. | +| §41 | Ядерный реактор | Управляющие стержни, замедлители. | +| §42 | Реакции ядерного синтеза | Термояд. Звёзды. ИТЭР. | +| §43 | Ионизирующее излучение. Дозиметрия | Доза $D$, эквивалент $H$. Зиверт. | +| §44 | Элементарные частицы и их взаимодействия | Стандартная модель. 4 фундам. взаимодействия. | + +### Глава 8. Основы единой физической картины мира (§ 45, стр. 266-273) +| § | Тема | +|---|------| +| §45 | Современная естественнонаучная картина мира | + +### Приложение. Лабораторный эксперимент (стр. 274-283) +9 лабораторных работ — отдельная страница `physics_11_labs.html`. + +**Итого: 45 параграфов в 8 главах + 9 лабораторных + ответы к 26 упражнениям.** + +--- + +## 🏗️ Архитектура файлов + +Продолжаем шаблон geom11_ch1 / geom10_r1 (одобрённый стиль). + +``` +backend/src/db/migrations/ + 028_physics_11_hub.sql — hub + 8 chapter children + +frontend/textbooks/ + physics_11_hub.html — hub (8 карточек глав, шпаргалка, финал курса) + physics_11_ch1.html — Глава 1 (§1-§6 + Финал) + physics_11_ch2.html — Глава 2 (§7-§13 + Финал) + physics_11_ch3.html — Глава 3 (§14-§23 + Финал) ⚠ САМАЯ БОЛЬШАЯ + physics_11_ch4.html — Глава 4 (§24-§26 + Финал) + physics_11_ch5.html — Глава 5 (§27-§29 + Финал) + physics_11_ch6.html — Глава 6 (§30-§34 + Финал) + physics_11_ch7.html — Глава 7 (§35-§44 + Финал) ⚠ ОЧЕНЬ БОЛЬШАЯ + physics_11_ch8.html — Глава 8 (§45 + Итог всего курса) + physics_11_labs.html — Лабораторный эксперимент (9 работ) + +frontend/js/ + phys-fx.js — НОВАЯ библиотека: осциллограммы, маятники, + волны, лучевые трассировщики, спектры, ядра. + ~1000 строк. Анимация через requestAnimationFrame. + phys11-helpers.js — компоненты глав (квизы, боссы — повторяем geom11). +``` + +### Цветовая палитра тем (по главам) + +| Глава | Тема | Watermark | Основной цвет | Тёмный | Светлый | +|-------|------|-----------|---------------|--------|---------| +| 1 Колебания и волны | `wave` | `∿` | `#0891b2` (cyan) | `#155e75` | `#a5f3fc` | +| 2 ЭМ колебания | `bolt` | `⚡` | `#7c3aed` (violet) | `#5b21b6` | `#c4b5fd` | +| 3 Оптика | `prism` | `◇` | `#f59e0b` (amber) | `#b45309` | `#fde68a` | +| 4 СТО | `relativity` | `c` | `#0ea5e9` (sky) | `#0369a1` | `#bae6fd` | +| 5 Фотоны | `photon` | `γ` | `#eab308` (yellow) | `#a16207` | `#fef08a` | +| 6 Атом | `atom` | `⚛` | `#10b981` (emerald) | `#065f46` | `#a7f3d0` | +| 7 Ядро | `nucleus` | `☢` | `#dc2626` (red) | `#7f1d1d` | `#fca5a5` | +| 8 Картина мира | `universe` | `∞` | `#6366f1` (indigo) | `#3730a3` | `#c7d2fe` | + +--- + +## 📚 Библиотека `phys-fx.js` (~1000 строк) + +Это вторая «движковая» библиотека проекта (после `stereo3d.js`). Главное — **анимация в реальном времени** через `requestAnimationFrame`. + +### Архитектура + +```js +window.PHYS = { + // === ВРЕМЕННЫЕ ОСЦИЛЛОГРАММЫ === + Oscillogram: class { ... }, // sin/cos/треугольник/меандр + амплитуда+фаза слайдеры + Lissajous: class { ... }, // фигуры Лиссажу (для §3) + + // === МАЯТНИКИ === + SpringMass: class { ... }, // пружинный маятник (анимация, график x(t)) + Pendulum: class { ... }, // математический маятник (изменение l, g) + CoupledOscillators: class { ... }, // связанные осцилляторы (для биений) + + // === ВОЛНЫ === + TransverseWave: class { ... }, // поперечная волна (струна) + LongitudinalWave: class { ... }, // продольная (звук в воздухе) — сжатие/разрежение + Interference: class { ... }, // 2 источника, кольца, полосы + Diffraction: class { ... }, // дифр. картина за щелью/решёткой + Doppler: class { ... }, // эффект Доплера (для §6) + + // === ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ === + LCcircuit: class { ... }, // колебательный контур: ток+напряжение+поля + ACgen: class { ... }, // генератор переменного тока (вращ. рамка) + Transformer: class { ... }, // схема трансформатора + RLCresonance: class { ... }, // график U(ω) — резонансная кривая + + // === ОПТИКА === + RayTracer: class { ... }, // ОСНОВНОЙ компонент: трассировщик лучей + // линзы (тонкие), сферические зеркала, плоские, + // призмы, преломление, полное отражение. + // Объект-стрелка, drag, F и 2F маркеры, fx-точки. + MirrorBuilder: class { ... }, // спец-режим для §17-§18 (сферические зеркала) + PrismRefraction: class { ... }, // §20 — призма со спектром + EMSpectrum: class { ... }, // шкала ЭМ волн (§12) — кликаемая + + // === КВАНТЫ И АТОМ === + PhotoelectricLab: class { ... }, // §27-§28: установка с UV-источником, ток vs U + PlanckCurve: class { ... }, // распределение энергии излучения + BohrAtom: class { ... }, // §31: атом Бора с переходами электрона + Spectrum: class { ... }, // §32: линейчатые спектры H, He, Na + Laser: class { ... }, // §34: накачка/индукция (анимация) + + // === ЯДРО === + Nucleus: class { ... }, // §35: ядро из протонов и нейтронов + AlphaScattering: class { ... }, // §30: опыт Резерфорда (полёт α-частиц) + RadioactiveDecay: class { ... }, // §38-§39: экспоненциальный распад + // (анимация атомов: распадаются по времени) + Chain: class { ... }, // §40: цепная реакция (расщепление 235U) + ReactorSchema: class { ... }, // §41: схема реактора (стержни, замедлитель) + Fusion: class { ... }, // §42: H + H -> He (анимация) + + // === КОММУНИКАЦИЯ === + util: { + animate(fn) { ... }, // requestAnimationFrame обёртка + pause(handle) { ... }, + plot(data, opts) { ... } // график (x, y) с сеткой и осями + } +}; +``` + +### Ключевые компоненты подробно + +#### 1. `PHYS.RayTracer` (для всех §17-§22) + +Самый сложный компонент. Должен поддерживать: +- **Объект-стрелка** (можно тащить мышью, изменять размер) +- **3 опорных луча** автоматически (через F, через центр, параллельно оси) +- **Линзы**: собирающая/рассеивающая, изменяемый $F$ +- **Сферические зеркала**: вогнутое/выпуклое +- **Действительное vs мнимое изображение** (разный цвет) +- **Формулы внизу**: $\frac{1}{F}=\frac{1}{d}+\frac{1}{f}$, $\Gamma=f/d$ — обновляются live +- **Drag-режимы**: можно тащить $F$, можно тащить объект + +#### 2. `PHYS.Oscillogram` + +- Конструктор: `new PHYS.Oscillogram(container, { width, height, fn: t => Math.sin(t) })` +- Слайдеры: A (амплитуда), ω (частота), φ (фаза), затухание γ +- Showcase для §1, §3 (превращения энергии — показываем кинетическую и потенциальную одновременно) + +#### 3. `PHYS.RadioactiveDecay` + +- Сетка из 1000 «атомов» (точек) +- По таймеру каждая точка с вероятностью $1-e^{-\lambda \Delta t}$ распадается (меняет цвет) +- График $N(t)$ строится в реальном времени +- Демонстрирует $N=N_0 e^{-\lambda t}$ или $N=N_0 \cdot 2^{-t/T}$ + +#### 4. `PHYS.BohrAtom` + +- Концентрические орбиты (1, 2, 3, ...) +- Электрон бегает по орбите +- Кнопки «возбуждение» — электрон прыгает на верхний уровень +- При спонтанном возврате — испускает фотон (стрелка с λ) +- Связано с диаграммой уровней: $E_n=-13{,}6/n^2$ эВ + +--- + +## 🌊 Особенности глав + +### Глава 1 (Колебания, ~7 wave) +Самый «движковый» материал. Каждый § требует анимации. + +| § | Главный интерактив | +|---|--------------------| +| §1 | Осциллограмма с 3 ползунками + осциллоскоп-симулятор | +| §2 | Пружинный + матем. маятник side-by-side, изменяем $m, k, l, g$ — наблюдаем $T$ | +| §3 | Энергия осциллятора: показываем $W_к(t), W_п(t), W_{мех}(t)$ — суммарная константа | +| §4 | Резонансная кривая: ω-ползунок, выбор затухания γ. Графики ωᵣ | +| §5 | Распространение волны: показываем «снимок» в момент $t$ и точку в момент $t$ | +| §6 | Звук: ползунок частоты (16-20000 Гц) с фактическим воспроизведением `