# План реализации: Физика 10 (Беларусь, Громыко, 2019) **Источник:** `fizika_10kl_gromika_rus_2019.pdf` (267 стр., 2 части, 6 глав, 37 §) **Издательство:** «Адукацыя і выхаванне», 2019 **Уровень:** базовый + повышенный (с электронным приложением). > **Самый большой учебник во всём проекте** — 37 параграфов против 19 в Алгебре 9 и 16 в Геометрии 9. Учитывает весь опыт 10 предыдущих учебников: единый KaTeX-эскейп, ноль пикселей в подписях, ноль эмодзи, 3D-движок `g3d.js`, snap-точки в slider'ах, цветовая кодировка, drag-to-rotate. **Главная фишка** — настоящие физические **симуляции**: броуновское движение, изопроцессы (PV-диаграммы), линии поля, электрические цепи, движение заряженных частиц в магнитном поле, явление индукции. --- ## 🎯 Содержание учебника ### Часть 1. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА **Глава 1. Основы молекулярно-кинетической теории (§§1–10)** | § | Тема | Ключевые формулы | |---|------|------------------| | §1 | Основные положения МКТ | 3 положения: вещество — частицы, частицы движутся, частицы взаимодействуют | | §2 | Масса и размеры молекул. Количество вещества | $N_A = 6.022 \cdot 10^{23}$, $M = m \cdot N_A$, $\nu = N/N_A = m/M$ | | §3 | Макро- и микропараметры. Идеальный газ. Основное уравнение МКТ | $p = \dfrac{1}{3} n m_0 \overline{v^2} = \dfrac{2}{3} n \overline{E_k}$ | | §4 | Тепловое равновесие. Температура | $\overline{E_k} = \dfrac{3}{2} kT$, шкала Кельвина: $T = t + 273$ | | §5 | Уравнение состояния идеального газа | $pV = \nu RT$, $pV = \dfrac{m}{M} RT$ (Клапейрон–Менделеев) | | §6 | Изопроцессы | Изотерма $pV = \text{const}$, изобара $V/T = \text{const}$, изохора $p/T = \text{const}$ | | §7 | Строение и свойства твёрдых тел | Кристаллы (моно-, поликристаллы), аморфные тела, анизотропия | | §8 | Строение и свойства жидкостей | Поверхностное натяжение, смачивание | | §9 | Испарение и конденсация. Насыщенный пар | Динамическое равновесие, давление насыщенного пара | | §10 | Влажность воздуха | $\varphi = \dfrac{p}{p_н} \cdot 100\%$, точка росы, психрометр | **Глава 2. Основы термодинамики (§§11–15)** | § | Тема | Ключевые формулы | |---|------|------------------| | §11 | Внутренняя энергия | $U = \dfrac{3}{2} \nu R T$ (одноатомный газ) | | §12 | Работа в термодинамике | $A = p \Delta V$ (изобарный), графически площадь под кривой | | §13 | Количество теплоты | $Q = cm \Delta T$, $Q = \lambda m$ (плавление), $Q = rm$ (испарение), $Q = qm$ (сгорание) | | §14 | Первый закон термодинамики | $\Delta U = Q + A_{внеш}$ или $Q = \Delta U + A_{газ}$ | | §15 | Тепловые двигатели. КПД | $\eta = \dfrac{A}{Q_1} = \dfrac{Q_1 - Q_2}{Q_1}$, $\eta_{Карно} = \dfrac{T_1 - T_2}{T_1}$ | ### Часть 2. ЭЛЕКТРОДИНАМИКА **Глава 3. Электростатика (§§16–24)** | § | Тема | Ключевые формулы | |---|------|------------------| | §16 | Электрический заряд. Закон сохранения | $q = ne$, $e = 1.6 \cdot 10^{-19}$ Кл, $\sum q = \text{const}$ | | §17 | Закон Кулона | $F = k \dfrac{|q_1 q_2|}{r^2}$, $k = 9 \cdot 10^9$ Н·м²/Кл² | | §18 | Электростатическое поле | Силовая характеристика, источник | | §19 | Напряжённость поля. Принцип суперпозиции | $\vec{E} = \dfrac{\vec{F}}{q_{пр}}$, $\vec{E} = \sum \vec{E_i}$ | | §20 | Линии напряжённости | Силовые линии, поле точечного заряда, диполя | | §21 | Работа поля. Потенциал | $A = qU$, $\varphi = \dfrac{W_p}{q}$ | | §22 | Разность потенциалов. Напряжение | $U = \varphi_1 - \varphi_2$, $E = U/d$ (однородное) | | §23 | Конденсаторы. Электроёмкость | $C = q/U$, $C = \dfrac{\varepsilon \varepsilon_0 S}{d}$ | | §24 | Энергия поля конденсатора | $W = \dfrac{CU^2}{2} = \dfrac{q^2}{2C} = \dfrac{qU}{2}$ | **Глава 4. Постоянный электрический ток (§§25–26)** | § | Тема | Ключевые формулы | |---|------|------------------| | §25 | ЭДС источника тока | $\mathcal{E} = A_{ст}/q$, ЭДС, сторонние силы | | §26 | Закон Ома для полной цепи | $I = \dfrac{\mathcal{E}}{R + r}$, КПД $\eta = U/\mathcal{E}$ | **Глава 5. Магнитное поле. Электромагнитная индукция (§§27–33)** | § | Тема | Ключевые формулы | |---|------|------------------| | §27 | Магнитное поле тока | Опыт Эрстеда, взаимодействие проводников | | §28 | Индукция магнитного поля | $\vec{B}$, правило буравчика, линии индукции | | §29 | Сила Ампера | $F_A = BIL\sin\alpha$, правило левой руки | | §30 | Сила Лоренца | $F_L = qvB\sin\alpha$, движение по окружности: $R = \dfrac{mv}{qB}$ | | §31 | Магнитный поток. Электромагнитная индукция | $\Phi = BS\cos\alpha$, опыты Фарадея | | §32 | Правило Ленца. Закон ЭМИ | $\mathcal{E}_i = -\dfrac{d\Phi}{dt}$ | | §33 | Самоиндукция. Индуктивность | $\mathcal{E}_{si} = -L \dfrac{dI}{dt}$, $W_L = \dfrac{LI^2}{2}$ | **Глава 6. Электрический ток в различных средах (§§34–37)** | § | Тема | Ключевые формулы | |---|------|------------------| | §34 | Ток в металлах. Сверхпроводимость | Свободные электроны, $\rho(T) = \rho_0(1+\alpha t)$ | | §35 | Ток в электролитах | Электролиз, законы Фарадея: $m = kIt$, $k = \dfrac{M}{F n}$ | | §36 | Ток в газах. Плазма | Самостоятельный/несамостоятельный разряд, виды разрядов | | §37 | Ток в полупроводниках | Собственная и примесная проводимость, n-тип, p-тип, p-n-переход | **ИТОГО:** 6 глав, 37 параграфов, **2 части**. --- ## 🎨 SVG-СТАНДАРТ КАЧЕСТВА ДЛЯ ФИЗИКИ Это первая физика в проекте — нужны новые хелперы. Унаследует всё от математических учебников + добавляет physics-specific. ### Унаследованные хелперы (из Алгебры 11 / Геометрии 11) - `axes2D(W, H, pad, xmin, xmax, ymin, ymax)` — координатная плоскость - `plotFunc(f, xmin, xmax, toX, toY, color, N)` — график функции - `pointWithDrop(x, fx, toX, toY, color, label)` — точка с проекциями - `asymptote(orientation, value, ...)` — асимптота - `snapToValue(value, snaps, tolerance)` — snap-точки - `rightAngleMark`, `angleArcAuto`, `unitVec`, `deg2rad` - **`g3d.js`** — мини-3D движок (для линий магнитной индукции, движения частиц) ### Новые physics-specific хелперы (в `frontend/js/phys.js`) ```javascript // === Стрелка вектора (2D) === function drawArrow(x1, y1, x2, y2, color, width, headSize) { // Возвращает SVG: линия + треугольная стрелка на конце const dx = x2 - x1, dy = y2 - y1; const len = Math.sqrt(dx*dx + dy*dy); const ux = dx / len, uy = dy / len; const px = -uy, py = ux; // перпендикуляр const h = headSize || 10; const w = (headSize || 10) * 0.6; const tipX = x2, tipY = y2; const baseX = x2 - ux * h, baseY = y2 - uy * h; const leftX = baseX + px * w, leftY = baseY + py * w; const rightX = baseX - px * w, rightY = baseY - py * w; return `` + ``; } // === Линии электрического поля от точечного заряда === function fieldLinesPointCharge(cx, cy, sign, scale, numLines) { // sign: +1 или -1 (от знака заряда) // numLines: число линий (12-24) // Возвращает массив SVG-линий — стрелки наружу для +q, внутрь для -q let s = ''; const N = numLines || 16; for (let i = 0; i < N; i++) { const a = 2 * Math.PI * i / N; const r1 = 15, r2 = scale; const x1 = cx + r1 * Math.cos(a), y1 = cy + r1 * Math.sin(a); const x2 = cx + r2 * Math.cos(a), y2 = cy + r2 * Math.sin(a); if (sign > 0) s += drawArrow(x1, y1, x2, y2, '#dc2626', 1.5); else s += drawArrow(x2, y2, x1, y1, '#2563eb', 1.5); } return s; } // === Линии поля диполя (две точечных зарядов противоположных) === function fieldLinesDipole(c1, c2, scale, numLines) { // Параметрически — линия от +q к -q вдоль кривых, перпендикулярных эквипотенциалям // Упрощённо: использовать numerical integration по полю // ... } // === Электрическая схема: компоненты === function batteryEMF(x, y, EMF, orientation) { // Возвращает SVG условного обозначения батареи (две полоски + подпись ε) } function resistor(x, y, w, h, R, orientation) { // Возвращает SVG зигзага резистора + подпись R } function capacitor(x, y, C, orientation) { // Две параллельные линии + подпись C } function ammeter(x, y) { // Круг с буквой A } function voltmeter(x, y) { // Круг с буквой V } function inductor(x, y, L, orientation) { // Серия маленьких полукругов } function lightbulb(x, y) { // Круг с крестиком (или волной) } // === Магнитное поле: стрелки В через плоскость экрана === function magneticField(x, y, direction, dx, dy) { // direction: 'in' (крест) или 'out' (точка) // Рисует сетку 5x5 крестиков (вошло в плоскость) или точек (вышло из плоскости) let s = ''; for (let i = 0; i < 5; i++) { for (let j = 0; j < 5; j++) { const cx = x + i * dx, cy = y + j * dy; if (direction === 'in') { s += ``; s += ``; s += ``; } else { s += ``; s += ``; } } } return s; } // === PV-диаграмма с изопроцессами === function pvDiagram(W, H, pad, pMax, vMax) { // Возвращает axes2D-объект с диапазоном (0..vMax, 0..pMax) // Подписи осей: P (атм или Па), V (л или м³) } // === Молекула газа (частица) === function molecule(x, y, r, color) { return ``; } // === Симуляция броуновского движения / движения молекул газа === class GasSimulation { constructor(opts) { this.W = opts.W; this.H = opts.H; this.N = opts.N || 30; this.particles = []; for (let i = 0; i < this.N; i++) { this.particles.push({ x: Math.random() * this.W, y: Math.random() * this.H, vx: (Math.random() - 0.5) * opts.speed, vy: (Math.random() - 0.5) * opts.speed }); } } step(dt) { this.particles.forEach(p => { p.x += p.vx * dt; p.y += p.vy * dt; // отражение от стенок if (p.x < 0 || p.x > this.W) p.vx = -p.vx; if (p.y < 0 || p.y > this.H) p.vy = -p.vy; }); } render() { return this.particles.map(p => molecule(p.x, p.y, 4, '#2563eb')).join(''); } } ``` ### Цветовая кодировка для физики - **Положительный заряд** — красный (`#dc2626`) - **Отрицательный заряд** — синий (`#2563eb`) - **Электрическое поле $\vec{E}$** — оранжевый (`#ea580c`) - **Магнитное поле $\vec{B}$** — фиолетовый (`#7c3aed`) - **Сила** — зелёный (`#10b981`) - **Скорость** — голубой (`#0891b2`) - **Молекулы газа** — синие точки - **Температура** — градиент от синего (холод) к красному (горячо) - **Ток** — янтарный (`#d97706`) - **Резистор / провод** — тёмно-серый (`#374151`) - **Изотерма** (P-V) — оранжевый - **Изобара** (V-T) — синий - **Изохора** (P-T) — зелёный ### Правила (обязательны с §1) 1. **Все единицы измерения через KaTeX** — `\\text{Н}`, `\\text{м}^2$, `\\text{Дж/(моль·К)}` — никогда сырой текст. 2. **Slider'ы — в реальных физических величинах** с разумными диапазонами: - Температура: 100..500 К (или $-100..200$ °C) - Давление: 0.5..5 атм или $10^4..10^6$ Па - Объём: 1..10 л или $0.001..0.01$ м³ - Заряд: $\pm 10^{-9}..10^{-6}$ Кл (нКл, мкКл) - Расстояние между зарядами: 0.01..1 м - Напряжение: 1..220 В - Ток: 0.01..10 А - Магнитная индукция: $10^{-3}..1$ Тл 3. **Snap-точки** на эталонных значениях: $T = 273$ К ($0$ °C), $T = 0$ K, $p = 1$ атм. 4. **Все формулы с КаTeX**, двойные backslash. 5. **Векторы — со стрелками** через `drawArrow`. Никогда `→` в тексте — через KaTeX `\\vec{E}`. 6. **Подписи единиц измерения** — обязательны на всех осях графиков, во всех результатах калькуляторов. 7. **Симуляции — через `requestAnimationFrame`** с возможностью паузы и сброса. 8. **Эмодзи запрещены.** 9. **Никаких пикселей в подписях** — всё в СИ или производных единицах. ### Типы интерактивов по темам | Тип | Применение | |-----|-----------| | **Симуляция движения молекул** | §1 (МКТ), §3 (давление как удары о стенку), §9 (испарение) | | **PV/VT/PT диаграммы** | §6 (изопроцессы — главное!), §15 (цикл Карно) | | **Калькулятор Клапейрона–Менделеева** | §5 | | **Психрометрический анализ** | §10 | | **Поток теплоты симуляция** | §13 | | **Цикл Карно — анимированная PV-диаграмма** | §15 | | **Закон Кулона: 3D-визуализатор сил** | §17 | | **Линии напряжённости электрического поля** | §20 (главный визуал электростатики) | | **Эквипотенциальные поверхности** | §22 | | **Конденсатор-конструктор** | §23 | | **Электрическая цепь — конструктор** | §25, §26 | | **Правило буравчика / левой руки — 3D** | §28, §29, §30 | | **Движение заряженной частицы в B-поле — 3D-траектория** | §30 (главный визуал магнетизма) | | **Опыты Фарадея — анимация катушки и магнита** | §31 | | **Самоиндукция — LR-цепь, ток как функция времени** | §33 | | **p-n переход — визуализация дырок и электронов** | §37 | --- ## 🚀 ПОРЯДОК РЕАЛИЗАЦИИ Учитывая 37 параграфов — самый большой проект, разбиваем на **8 фаз**. ### Phase 0: Архитектура (фундамент) - `physics_10_hub.html` — палитра **yellow/amber** (классический физический цвет) или **orange** - 6 ch-файлов: `physics_10_ch1.html` (МКТ), `_ch2.html` (термодинамика), `_ch3.html` (электростатика), `_ch4.html` (пост. ток), `_ch5.html` (магнитное поле), `_ch6.html` (ток в средах) - Миграция `0XX_physics_10_hub.sql` (следующий доступный номер) - **`frontend/js/phys.js`** — новый модуль physics-хелперов (drawArrow, fieldLines, magneticField, схемы, GasSimulation, pvDiagram) - 2D-хелперы (axes2D, plotFunc, etc.) и G3D подключены в каждый ch - KaTeX CDN + auto-render - POLISH CSS + bump-score JS ### Phase 1: Молекулярная физика — Глава 1 (10 §) — 5 волн Самая большая глава учебника. По 2 §§ на волну. - **Wave 1**: §1 (МКТ основные положения, БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ симуляция) + §2 (масса/количество вещества, калькулятор $N$, $\nu$, $m$). - **Wave 2**: §3 (давление через удары молекул, симуляция $p = \frac{1}{3} n m \overline{v^2}$) + §4 (температура, шкалы, $\overline{E_k} = \frac{3}{2}kT$). - **Wave 3**: §5 (уравнение Клапейрона–Менделеева, калькулятор) + §6 (**изопроцессы — главный визуал главы**: PV/VT/PT диаграммы с slider'ом T, V, p). - **Wave 4**: §7 (твёрдые тела, виды кристаллов SVG) + §8 (жидкости, поверхностное натяжение симуляция). - **Wave 5**: §9 (испарение, насыщенный пар, динамическое равновесие симуляция) + §10 (влажность, психрометрический калькулятор) + **Финал главы 1** (7 боссов + ачивка «Мастер МКТ»). ### Phase 2: Молекулярная физика — Глава 2 «Термодинамика» (5 §) — 3 волны - **Wave 1**: §11 (внутренняя энергия, $U = \frac{3}{2} \nu R T$) + §12 (работа в термодинамике, площадь под P-V кривой). - **Wave 2**: §13 (количество теплоты — все 4 формулы) + §14 (первый закон термодинамики, применение к изопроцессам). - **Wave 3**: §15 (тепловые двигатели, **цикл Карно — анимация PV-цикла**, КПД) + **Финал главы 2** (5 боссов + ачивка «Мастер термодинамики»). ### Phase 3: Электростатика (9 §) — 5 волн - **Wave 1**: §16 (заряд, закон сохранения) + §17 (**закон Кулона — визуализатор сил**, slider $q_1, q_2, r$). - **Wave 2**: §18 (электрическое поле) + §19 (напряжённость, суперпозиция). - **Wave 3**: §20 (**линии напряжённости — главный визуал** — поле точечного заряда, диполя, двух одноимённых) + §21 (работа поля, потенциал). - **Wave 4**: §22 (разность потенциалов, напряжение, $E = U/d$) + §23 (конденсаторы, $C = \varepsilon \varepsilon_0 S/d$). - **Wave 5**: §24 (энергия поля конденсатора) + **Финал главы 3** (7 боссов + ачивка «Мастер электростатики»). ### Phase 4: Постоянный ток (2 §) — 1 волна - **Wave 1**: §25 (ЭДС, сторонние силы) + §26 (закон Ома для полной цепи, **конструктор электрической цепи**) + **Финал главы 4** (5 боссов). ### Phase 5: Магнитное поле и индукция (7 §) — 4 волны - **Wave 1**: §27 (опыт Эрстеда, симуляция) + §28 (индукция, правило буравчика, **3D-линии магнитной индукции вокруг проводника**). - **Wave 2**: §29 (сила Ампера, правило левой руки, симуляция) + §30 (**сила Лоренца — 3D-движение частицы по спирали в B-поле**). - **Wave 3**: §31 (магнитный поток, **опыты Фарадея — анимация катушки и магнита**) + §32 (правило Ленца, закон ЭМИ). - **Wave 4**: §33 (самоиндукция, индуктивность, LR-цепь) + **Финал главы 5** (7 боссов + ачивка «Мастер магнетизма»). ### Phase 6: Ток в различных средах (4 §) — 2 волны - **Wave 1**: §34 (металлы, сверхпроводимость) + §35 (электролиты, законы Фарадея). - **Wave 2**: §36 (газы, плазма, виды разрядов) + §37 (полупроводники, **p-n переход — визуализация дырок и электронов**, n-/p-тип) + **Финал главы 6** (5 боссов + ачивка «Мастер токов»). ### Phase 7: Финал курса Физика 10 - Итоговая шпаргалка (6 mini-карточек: МКТ, термодинамика, электростатика, ток, магнетизм, ток в средах) - **10 интегрированных боссов**, комбинирующих темы из разных глав: 1. **МКТ + термодинамика**: $U$ и $T$ моноатомного газа 2. **Изопроцесс + работа**: $A$ за изобарное расширение 3. **Цикл Карно**: КПД при $T_1 = 600$ К, $T_2 = 300$ К 4. **Закон Кулона + суперпозиция**: сила на 3-й заряд от двух источников 5. **Конденсатор + энергия**: $W$ от $C$, $U$ 6. **Закон Ома для полной цепи + КПД** 7. **Сила Лоренца + радиус**: $R = mv/(qB)$ 8. **Закон ЭМИ Фарадея**: $\mathcal{E}_i$ от $d\Phi/dt$ 9. **Самоиндукция + энергия**: $W_L = LI^2/2$ 10. **Магистр электродинамики**: синтез - Ачивка **«Магистр физики 10»** (+150 XP — крупнейший курс) - Кнопка «К каталогу учебников» → `/textbooks` --- ## 📦 Структура каждого § (стандарт) ### Wave 0 главы — skeleton (включено в Phase 0) - CSS + цветовая палитра 3 акцентов на § - Sections + stub-builders - Hub-карточка обновляется - Миграция в БД ### Wave N — наполнение § (по 2 § на волну) **Каждый § содержит:** - **3 теоретические карточки** (`theory`, `rule`, `example`) с SVG-схемами/графиками - **4 интерактива** (`.wg` виджеты): 1. **Симуляция** или **3D/SVG-визуализатор** (главный) 2. **Калькулятор закона** (ввод параметров → формула с подстановкой → результат с единицами) 3. **DnD/Квикфайр** (понятийный) 4. **Тренажёр расчётных задач** (5-6 задач с числовым ответом, допуск 1-5%) - **Кнопка «Я прочитал § (+10 XP)»** - **Прогресс/XP**: IV1 15%/10XP, IV2 15%/10XP, IV3 25%/15XP, IV4 25%/15XP, чтение 30%/10XP ### Wave финал главы - **Итоговая шпаргалка** с формулами - **5-7 интегрированных боссов** (синтез тем главы) - **Ачивка «Мастер главы N»** + 50 XP + confetti - **Кнопка** перехода к следующей главе --- ## 📊 Оценка объёма | Глава | § | LOC | |-------|---|-----| | Phase 0: skeleton + phys.js | — | 2500 | | Глава 1 МКТ (§§1-10) | 10 | 13 000 | | Глава 2 Термодинамика (§§11-15) | 5 | 6 500 | | Глава 3 Электростатика (§§16-24) | 9 | 12 000 | | Глава 4 Пост. ток (§§25-26) | 2 | 3 000 | | Глава 5 Магнетизм (§§27-33) | 7 | 10 500 | | Глава 6 Ток в средах (§§34-37) | 4 | 5 500 | | Phase 7 финал курса | — | 1 500 | | **Итого** | **37** | **~54 500 LOC** | Это **больше**, чем Геометрия 11 (~30K) или Алгебра 9 (~30K). Самый объёмный курс. --- ## ⚠️ Критические правила (опыт всех 10 предыдущих учебников) ### ❌ НЕ делать - **Slider'ы в пиксельных диапазонах** (40..150). Только в реальных физических единицах с правильным масштабом отрисовки. - **Подписи без единиц измерения** ($p = 100$ — это что? Па? атм?). Всегда: $p = 1$ атм $= 10^5$ Па. - **Эмодзи** (`⚠`, `🌡️`, `🔋`). Только inline SVG. - **Одиночный `\` перед буквой** в JS template literals: `\dfrac`, `\sin`, `\vec`. ВСЕГДА `\\dfrac`. - **Сырой KaTeX в `