kl 2 przyroda - poprawka

Pytania na egzamin poprawkowy z przyrody. Są to pytania na które uczeń musi udzielić zadowalających odpowiedzi, bo tego
wymaga minimum programowe, by mógł uzyskać ocenę pozytywną. Nie będzie innych pytań. Będą dokładnie takie same. Jeśli w
pytaniu jest wymagane poparcie przykładami, przykłady moŜna podawać inne niŜ tu podane.

.

Materiał sprawdzianu FIZYKA 1

1.Podaj minimum jeden
przykład zjawiska fizycznego
wpierw przewidzianego, a
dopiero później odkrytego.

Przykład podstawowy:
Fale elektromagnetyczne. Ich istnienie przewidział Maxwell, a doświadczalnie potwierdził Hertz.
Maxwell zebrał wszystkie prawa elektryczności i magnetyzmu. Kiedy zaczął je ze sobą
kombinować, podstawił jedne wzory do drugich, uzyskał równanie, które wyglądało jak równanie
opisujące fale w mechanice.
To, co dokładnie odkrył Hertz, to były fale radiowe.

Inne przykłady:
MoŜliwość okrąŜania Ziemi  przez sztuczne satelity przewidział Newton (przypomnij sobie działo
Newtona na wysokiej górze). Doświadczalne potwierdzenie nastąpiło niemal 300 lat później wraz
z wystrzeleniem radzieckiego Sputnika1.

Zdjęcie: Replika Sputnika 1 z jego czterema antenami radiowymi. Sputnik oznacza po rosyjsku
towarzysza podróŜy, bo podróŜ to put’.  Rosyjskie słowo „sputnik” tłumaczymy w odniesieniu do
kosmosu jako „satelita”.

Falową naturę elektronów, czyli to, Ŝe elektrony zachowują się jak fale,  przewidział  de Broglie
(czyt. de broj). Dyfrakcję i interferencję elektronów potwierdzili doświadczalnie Davisson i
Germer (czyt. dewison i dŜermer).

Uwagi na marginesie:
Zupełnie nowe zjawiska są przewidywane przez fizyków teoretyków. Drogą indukcji (od
szczegółu do ogółu) tworzą teorie tłumaczące naturę. Z teorii wynikają następnie wnioski co do
istnienia dotąd nie obserwowanych zjawisk. Ten drugi proces (od ogółu do szczegółu) zwiemy
dedukcją.  Teorie są z początku tylko hipotezami (przypuszczeniami). Następnie wykonuje się
doświadczenia (tzw. krzyŜowe), sprawdzające czy efekty przewidziane przez hipotezę występują.
Jeśli nie występują, hipoteza jest odrzucana. Jeśli występują, hipoteza staje się mniej lub bardziej
potwierdzoną teorią.

2. Podaj przykład obserwacji i
doświadczenia fizycznego.
Czym róŜnią się te dwa
pojęcia?

W obserwacjach nie ingerujemy wcale w przebieg zjawiska. Odpowiadają na pytanie: Co
dokładnie się dzieje?

Miały znaczny udział w początkowym okresie rozwoju fizyki. Arystoteles wyciągał z nich jednak
błędne wnioski. Dopiero Galileusz pchnął fizykę na właściwe tory, a początkiem jego odkryć była
obserwacja wahadła w katedrze w Pizie. Coraz dokładniejsze prowadzone przez setki lat
obserwacje zjawisk pozaziemskich pozwoliły Newtonowi sformułować prawo grawitacji. Dziś
wciąŜ obserwacje astronomiczne dają okazję nie tylko poznania budowy wszechświata, co moŜna

by włączyć do geografii, ale teŜ ustalenia podstawowych praw natury, co jest domeną fizyki.
Kosmos sam stwarza miejsca, gdzie panują warunki ekstremalne, nie do powtórzenia w Ŝadnym
laboratorium na Ziemi.

Do najsłynniejszych obserwacji naleŜy przeprowadzona przez Galileusza w katedrze.  Ptak
poruszył lampę podwieszoną na bardzo długim sznurze w katedrze w Pizie, mieście, gdzie uczony
urodził się i mieszkał. Majestatyczny, niezwykle powolny ruch lampy sprawił, Ŝe Galileusz
zechciał zmierzyć jak długo trwa wahnięcie. Nakręcane zegary wtedy umieszczano wtedy na
wieŜach niektórych budynków, ale zegarki nie były w uŜyciu, Galileusz wykorzystał więc
uderzenia własnego serca jako przyrząd pomiarowy. W trakcie obserwacji odkrył, Ŝe choć zakres
wahań się zmniejszał, kaŜde trwało tyle samo czasu – i te początkowe, duŜe, i te końcowe, małe.
Był tym bardzo zdziwiony. NiezaleŜność okresu drgań od amplitudy zwiemy dziś
„izochronizmem” drgań wahadła. (Od słowa chronos=czas pochodzą teŜ słowa „chronologia”,
„synchronizacja” „kronika”, „chroniczny”. Chronos był w Grecji bogiem czasu.) Ściśle biorąc ta
własność obowiązuje przy niewielkich wychyleniach – kilkunastostopniowych, a takie
obserwował Galileusz w kościele.

                                 Katedra w Pizie.                                    Lampa, którą obserwował uczony.

Kolejne obserwacje Galileusza:
Gdy tylko usłyszał o istnieniu lunet, postanowił przyjrzeć się obiektom na niebie. Zobaczył plamy
na Słońcu, kratery na KsięŜycu, księŜyce obiegające Jowisza tak jak planety winny obiegać
Słońce zgodnie z teorią Kopernika. RównieŜ fazy Wenus pokazywały, Ŝe krąŜy ona wokół Słońca,
a nie po spiralce wokół Ziemi.

Przed Galileuszem nie było pewności czy planety i gwiazdy świecą światłem własnym czy

odbitym światłem Słońca tak jak KsięŜyc. Galileusz odkrył, Ŝe Wenus jest kulą, która sama z
siebie nie świeci, oświetloną w sposób wykazujący niezbicie, Ŝe lata po orbicie kołowej o środku
w Słońcu.

Luneta wykonana przez Galileusza. Obiektyw wyjęty z lunety.

Doświadczenie odpowiada na pytanie: Co się stanie jeśli?

Stwarzamy warunki do zajścia czegoś, co normalnie nie ma szans na zaistnienie.

Obserwacja lampy spowodowała, Ŝe Galileusz zaczął przeprowadzać doświadczenia z
wahadłem. Przyczepiał róŜne cięŜary i zauwaŜył, Ŝe nie tylko wychylenie, ale nawet zaczepiony
cięŜar nie ma wpływu na okres drgań (waŜna była tylko długość wahadła). PoniewaŜ ruch
wahadła jest poniekąd spadaniem, spadaniem na uwięzi, postawił sobie pytanie czy wszystkie
ciała spadające, nawet spadające swobodnie, bez względu na masę spadają tak samo, o ile
oczywiście powietrze ich zbytnio nie zatrzymuje.

Doprowadziło go to do przemyślenia twierdzenia Arystotelesa o szybszym spadku ciał cięŜszych.
Znalazł w tym twierdzeniu logiczną sprzeczność. Jeśli mianowicie do cięŜkiego ciała dokleimy
drugie lŜejsze, to to drugie powinno opóźniać ruch pierwszego. Tymczasem razem stanowią ciało
cięŜsze od pierwszego, więc powinny spadać szybciej. Z twierdzenia Arystotelesa wynikają zatem
dwa zupełnie róŜne rezultaty. Do sprzeczności nie prowadzi zaś przyjęcie, Ŝe wszystkie ciała
spadają tak samo. Rozumowania w stylu Galileusza, w których wyobraŜa się jakąś sytuację, a
następnie wyciąga przenikliwe wnioski, zwiemy dziś doświadczeniami myślowymi. W takich
celował Einstein.

Teraz Galileusz musiał wykonać doświadczenie potwierdzające lub obalające jego przypuszczenie
czyli hipotezę. Wykorzystał dzwonnicę katedry.

Ponad 400 lat temu (około roku 1590) puścił z jej szczytu kule armatnią i muszkietową. Widzowie
nie zauwaŜyli Ŝadnej róŜnicy w spadaniu. Nikt nie miał szansy zobaczyć czegoś podobnego w
codziennym Ŝyciu. Zdarzenie nie miałoby nigdy miejsca, gdyby nie pomysł i wykonanie
Galileusza. Dlatego było to doświadczenie, nie obserwacja.

Było to jednocześnie doświadczenie krzyŜowe, a więc zaplanowane w celu udowodnienia lub
obalenia teorii.

W słynnym ledwie 100 letnim (1909 r.) doświadczeniu, za pomocą którego Rutherford wykrył
jądro atomowe, uczony bombardował folię ze złota cząstkami alfa. Źródło cząstek umieścił przed
cieniutką folią. Taki układ się w przyrodzie nie zdarza. Gdyby gdzieś spotkał taki układ, a
następnie badał za pomocą aparatury, co się w nim dzieje, byłaby to tylko obserwacja.

Zjawisko moŜe być znane, ale nie do końca. Jeśli wpływamy na jego przebieg modyfikując jakiś
czynnik i pytając się: Co się stanie jeśli? - to juŜ na pewno mamy doświadczenie. Rutherford
wypełnił takŜe ten warunek. Stosował róŜne źródła cząstek alfa. Jedne wysyłały cząstki o
większej prędkości, inne o mniejszej. I co wtedy się działo? Cząstki o bardzo duŜej prędkości
mogły dolecieć do jądra na tyle blisko, Ŝe wchodziły w obszar oddziaływania sił jądrowych i
odbijały się w wyraźnie inny sposób niŜ przy odepchnięciu siłami elektrycznymi. To pozwoliło
wyznaczyć rozmiary jądra.

3. Jak naleŜy prawidłowo
prowadzić i dokumentować
obserwacje? Omów w oparciu o
przykłady.

Obserwacje w obecnych czasach w dziedzinie fizyki dotyczą praktycznie tylko astronomii. NaleŜy
zadbać o bezpieczeństwo, odpowiednie warunki, sprzęt i wiedzieć, co naleŜy zanotować. Oto
przykłady.

Bezpieczeństwo:

Na Słońce, nawet podczas jego zaćmienia wolno patrzyć przez lornetkę czy lunetę tylko, gdy
mamy dobrze zamocowane na niej wystarczająco ciemne szkło, najlepiej kilka o róŜnej
przepuszczalności, tak by móc dobrać właściwe. Takie rozwiązanie jest stosowane w lunetach
sekstantów. Brak daleko idącej ostroŜności moŜe skończyć się uszkodzeniem oczu.

Warunki:
Chcąc obserwować gwiazdozbiory naleŜy wyjść na dwór około godziny 1 lub 2 w nocy, kiedy jest
najciemniej, jak najdalej od świateł i odczekać 15 minut nim oczy się przyzwyczają do ciemności.
I oczywiście posiadać mapę nieba i słabe źródło światła, by ją oświetlić, albo wcześniej ją dobrze
przestudiować. Pomocne moŜe teŜ być wcześniejsze zapoznanie się ze spodziewanym widokiem
nieba za pomocą darmowego programu komputerowego „Stellarium”.

Astronomowie dbają o zapewnienie odpowiednich warunków. NajwaŜniejsze teleskopy
umieszczają na bardzo wysokich górach, bo tam rzadsza atmosfera lepiej przepuszcza światło i
mniejsze są jej drgania. Większość chmur znajduje się poniŜej.

Zdjęcie: Polski teleskop w Chile.

Miłośnicy astronomii, gdy ma nastąpić waŜne dla nich zjawisko, a zapowiada się licha pogoda,
ś

ledzą zachmurzenie na aktualnych zdjęciach satelitarnych i jadą samochodami nawet kilkaset km

do miejsca, gdzie pogoda jest dobra.

Właściwe posługiwanie się przyrządami.

W obserwacjach przypadkowych często nie mamy przyrządów. Jeśli jednak wiemy, Ŝe dane
zjawisko zajdzie, a więc w obserwacjach zaplanowanych,  wskazane jest  zapewnienie jak
najlepszej aparatury, prawidłowe jej zestawienie i posługiwanie się.

Przykłady:

Do obserwacji zjawisk na niebie dobrze jest wykorzystać lornetkę, lunetę czy teleskop czy aparat,
najlepiej z teleobiektywem.

Ktokolwiek obserwował gwiazdy czy KsięŜyc przez lornetkę trzymaną w ręku wie, Ŝe obraz cały
czas drga. Dlatego ją o coś opieramy. Najlepiej zamocować ją na statywie.

Ale i to moŜe nie wystarczać. Kiedy chcemy fotografować KsięŜyc, planety itp. czy nakręcać film
z jakiegoś zjawiska np. przylotu roju meteorów, co jest najlepszą metodą dokumentacji,  bardzo
przeszkadza fakt,  Ŝe ciała niebieskie cały czas uciekają z pola widzenia na skutek wirowego
ruchu Ziemi. W tym przypadku idealne jest posiadanie aparatury z mechanizmem zegarowym,
która automatycznie podąŜa za  gwiazdami.
Profesjonalne teleskopy, a takŜe wysokiej klasy amatorskie taki mechanizm  posiadają.

Dokumentacja:

Jeśli jest to obserwacja przypadkowa, naleŜy jak najszybciej zanotować wszystko, co
zapamiętaliśmy. Odwlekanie kilkudniowe,  nawet kilkugodzinne, spowoduje, Ŝe istotne szczegóły
mogą ulecieć.

Dokumentacja powinna być pełna - zawierać wszystkie istotne dane. W tym celu trzeba wcześniej
wiedzieć jakie są waŜne i je zebrać podczas obserwacji. Jeśli uŜywamy przyrządów, naleŜy podać
ich nazwy i parametry.

Przykłady:
Przy przypadkowej obserwacji meteoru lub bolidu trzeba pamiętać, Ŝe jeśli ma ona mieć
jakąkolwiek wartość naukową, naleŜy zanotować: kierunek lotu, dokładną godzinę i miejscowość,
z której dokonaliśmy obserwacji.  Aby dobrze określić kierunek najlepiej oczywiście znać
gwiazdozbiory. Miejscowość jest waŜna, bo z innej ten sam meteor był widoczny na tle innych
gwiazdozbiorów. Jeśli ktoś nie zna gwiazdozbiorów, albo jest dzień i gwiazd nie widać, waŜne
jest zapamiętanie dokładnie miejsca, gdzie staliśmy oraz trasy meteoru nad obiektami ziemskimi,
czyli gdzie się pojawił i nad czym się rozpadł lub znikł.  Istnieją zrzeszenia obserwatorów

meteorów, którzy koordynują swe prace. Łącząc dane uzyskane od kilku osób moŜna wyznaczyć
trasę lotu meteoru w przestrzeni, a potem szukać jego resztek na Ziemi.

Jeśli wykonaliśmy zdjęcia, naleŜy podać rodzaj aparatu, którym zrobiliśmy zdjęcie. Jeśli
uŜywaliśmy przyrządów pomiarowych, naleŜy podać ich dokładność.

4. Jak naleŜy prawidłowo
prowadzić i dokumentować
doświadczenia? Omów w
oparciu o przykłady.

Pierwsze trzy zasady są podobne jak przy obserwacjach. NaleŜy zadbać o:

•

bezpieczeństwo

•

sprzyjające warunki

•

jak najlepsze przyrządy i do tego prawidłowo ich uŜywać

Bezpieczeństwo:
Gdy Galileusz spuszczał kule z wieŜy ludzie musieli stać w odpowiedniej odległości, a on sam
uwaŜał by nie spaść.

Sprzyjające warunki:
Doświadczenia z optyki naleŜy zazwyczaj robić przy odpowiednim zaciemnieniu.

Jak najlepsze i prawidłowo uŜywane przyrządy.
Przykład ze szkolnej pracowni odnośnie prawidłowego uŜywania:
W przypadku wykorzystania urządzeń elektrycznych na prąd stały naleŜy sprawdzić, czy zaciski
są połączone według reguły „+ do +, - do – ” (plus do plusa, minus do minusa).  Błędne
podłączenie zacisków moŜe spowodować przepalenie przyrządów.

Zdjęcie: Prawidłowo przygotowany układ do mierzenia natęŜenia prądu płynącego przez Ŝarówkę.
Zacisk + amperomierza jest od strony zacisku + zasilacza, a zacisk amperomierza – od strony
zacisku - zasilacza.

Niewłaściwe lub niedokładne zestawienie moŜe być przyczyną nieszczęść, nieoczekiwanych
efektów, a nawet psikusów. Nie omija to wytrawnych naukowców, nawet całych zespołów.

Tak się stało w roku 2011. W CERN pod Genewą w Szwajcarii produkowano impulsy neutrin –
cząstek powstających standardowo w rozpadach beta. Neutrino znaczy tyci-neutron, bo cząstka ta

Zdjęcie: Ten sam siłomierz w pozycji pionowej i poziomej. Jest wyregulowany do pomiarów w
pionie, ale nie w poziomie. Pod wpływem własnego cięŜaru w pozycji pionowej spręŜyna jest
nieco wydłuŜona i prawidłowo pokazuje zero przy braku obciąŜenia. W poziomej automatycznie
się skróciła i siłomierz nie pokazuje juŜ zera. Na odpowiednie do danego uŜycia zamocowanie
spręŜyny pozwala śrubka zaznaczona czerwoną strzałką.

Na wskazówkę przyrządu zawsze patrzymy na wprost, a nie pod kątem, przez co unikniemy tzw.
błędu paralaksy.

Zdjęcie: Spojrzenie na amperomierz z prawej i z lewej strony. W obu przypadkach przy patrzeniu
na wprost amperomierz pokazuje zero, jednak przy patrzeniu z boku inne wyniki.

W przypadku doświadczeń dochodzą jeszcze trzy zasady:

•

starannego zaplanowania

•

zmieniania tylko jednego parametru

•

powtarzania pomiarów i doświadczeń

Staranne zaplanowanie.
Doświadczenie musi być przemyślane,  tak by sprawdzało to co faktycznie chcemy sprawdzić.
Trzeba zastanowić się co moŜe mieć niepoŜądany wpływ na przebieg.

Jeden parametr
Podczas obserwacji nie mamy moŜliwości wpływania na przebieg wydarzeń.  W doświadczeniu
mamy.  Wybieramy wtedy jeden parametr (czynnik, który zmieniamy) i sprawdzamy jak jego
zmiany wpływają na rezultaty. Oczywiście moŜemy następnie badać zaleŜność od innego
parametru, ale w danej chwili zawsze prowadzimy badanie dla jednego parametru.

Powtarzanie pomiarów i doświadczeń
Obserwacje bywają zazwyczaj jednorazowe i nie dają czasu na wielokrotne pomiary. Co innego w
przypadku doświadczeń. Przy pomiarach bezpośrednich (np. linijką długości, termometrem
temperatury, stoperem czasu) naleŜy zawsze podać jaka była dokładność przyrządu. Pomiar z
reguły powtarzamy kilka razy, bo na niedokładność przyrządu moŜe się nałoŜyć nasza
niedokładność (np. inaczej przyłoŜymy linijkę).

Nie tylko pojedyncze pomiary, ale i całe doświadczenie powinno być powtórzone kilka razy.
Pozwoli to określić na ile dokładne są nasze wyniki, albo czy zjawisko ma charakter
przypadkowy. Przykład: Tarcie kół o asfalt w róŜnych miejscach moŜe być róŜne. Pojedynczy
pomiar siły tarcia mógłby prowadzić do zupełnie błędnych wniosków.

Zasady dokumentacji
Podajemy na czym polegało doświadczenie, jakich przyrządów uŜyliśmy, jak były dokładne, jak
zestawione (np. rysujemy schemat połączeń). Zamieszczamy wszystkie wyniki. Obliczamy
wartości średnie i szacujemy błędy.

5. Zaplanuj i wykonaj
doświadczenie wykazujące
słuszność prawa Archimedesa.

Na egzaminie wystarczy opisać jakie przyrządy uŜyjemy, jaką procedurę i jakich wyników naleŜy
się spodziewać.

Trzeba znać treść prawa. Prawo Archimedesa mówi, Ŝe siła wyporu jest równa cięŜarowi wypartej
przez ciało cieczy.

Wniosek z tego prawa jest taki, Ŝe gdy zanurzamy powoli ciało, coraz łatwiej nam je trzymać, bo
woda coraz bardziej pomaga.  W pewnym momencie wytwarza siłę równą cięŜarowi ciała i ciało
zaczyna pływać. Ale czy ciało wypiera wtedy tyle wody ile samo waŜy? Jeśli prawo Archimedesa
jest prawdziwe, tak powinno być i to właśnie sprawdzimy.

MoŜna wymyślić zupełnie inne doświadczenie, by sprawdzić słuszność prawa Archimedesa. To
jest tylko przykład.

Zaplanujemy zatem doświadczenie do wykonania z uŜyciem obiektów, który kaŜdy moŜe mieć w
domu.

Potrzebne obiekty: jabłko, waga kuchenna i miarka.  Jeśli są za duŜe odstępy na miarce warto
zagęścić mazakiem punkty pomiarowe.

Na powyŜszym zdjęciu kreski miarki były co 100 cm

. Dałem co 10 cm

Procedura:

•

Włączamy wagę i waŜymy jabłko.

•

Odczytujemy ile wody mamy w miarce.

•

Powoli wkładamy jabłko do miarki. Czujemy, Ŝe coraz bardziej wydaje się lŜejsze.
Wreszcie woda całkowicie podtrzymuje jabłko. A więc w tym momencie siłą wyporu
zrównuje się z cięŜarem jabłka.

•

Sprawdzamy ile wody podniosło się do góry.

•

Oceniamy czy wyniki potwierdzają prawo. Jeśli prawo Archimedesa jest prawdziwe
wyparta woda musi mieć cięŜar jabłka.

Przykładowa analiza: W naszym przypadku poziom podniósł się z 350 cm

do ok. 480 cm

, czyli

o 130 cm

. KaŜdy 1 cm

wody to 1 gram, a więc cięŜar wypartej wody wyniósł 130 gram,

praktycznie tyle co jabłka. W granicach dokładności przyrządów prawo się potwierdziło.

Da chętnych obejrzenia doświadczenia film do ściągnięcia Archimedesa prawo.flv (10 MB).

Zgodnie z prawem Archimedesa powinno tyle wyprzeć wody ile waŜyło.

6. Jakie są podobieństwa i
róŜnice w przekazywaniu
informacji za pomocą telegrafu,
telefonu i radia.

Wszystkie one słuŜą do szybkiego przekazywania informacji na duŜe odległości. Wszystkie
opierają się o zjawiska elektromagnetyczne, jednak nieco inne. Wykorzystują przepływ prądu,
wytwarzanie przezeń pola magnetycznego lub fale elektromagnetyczne takie jak światło i fale
radiowe. We wszystkich przekazywana informacja porusza się z prędkością światła, jednak proces
wysyłania i odbioru moŜe być mniej lub bardziej czasochłonny, wymagający znajomości kodu lub
nie.

Telegraf miał kilka postaci: optyczny, elektryczny, bezprzewodowy. Cechował się koniecznością
uŜywania kodu.

Optyczny skonstruowany przez Kolda Szape i uŜywany w czasach napoleońskich  składał się z
zespołu stacji przekaźnikowych, na których znajdowały się ramiona pokazujące pojedyncze litery.

Elektryczny wykorzystywał przepływ prądu przez drut i jego oddziaływanie magnetyczne. W
pierwszych typach było kilka drutów. Płynący przez nie prąd oddziaływał na igły magnetyczne.
NaleŜało obserwować ich ustawienia. Dopiero telegraf Morsa okazał się na tyle prosty, Ŝe znalazł
powszechne zastosowanie. Miał tylko jeden przewód (obwód zamykało uziemienie), zapisywał
litery w postaci kropek i kresek na przesuwającej się taśmie, przez co wiadomość zostawała
uwieczniona. Gdy płynął prąd, pisak był dociskany do taśmy papierowej przez elektromagnes.

Telegraf bezprzewodowy (inaczej radiotelegraf), wynaleziony przez Marconiego i Popowa, to
początkowa postać radia, które nie było jeszcze w stanie przekazywać mowy, a jedynie
przerywany dźwięk o jednej wysokości. Wykorzystywał fale radiowe.

Telefon to urządzenie, które pozwala przekazywać dźwięki mowy i  dowolne inne dźwięki za
pomocą drutu lub światłowodu łączącego rozmówców obywające się bez kodowania, przez co
bardzo wygodne. Wynalazcą był Graham Bell. Telefon w wersji Bella wykorzystywał zjawisko
indukcji elektromagnetycznej. Drgająca membrana mikrofonu poruszała malutką zwojnicę
znajdującą się w pobliŜu magnesu. To wytwarzało w  zwojniczce prąd, który płynął do podobnej
zwojnicy przymocowanej do membrany słuchawki i równieŜ znajdującej się w pobliŜu magnesu.
Prąd magnesował zwojnicę przez co przybliŜała się lub oddalała od magnesu wprawiając w ruch
membranę słuchawki.

Radiotelefon to urządzenie przekazujące w obie strony Ŝywą mowę na zasadzie wysyłania i
odbioru fal radiowych. Rozmawiający nie mogli być w zbyt duŜej od siebie odległości, bo moc
urządzeń była mała. Jego następcą są telefony komórkowe, których moc jest jeszcze mniejsza,
ale sieć naziemnych stacji przekaźnikowych pozwala rozmawiać na dowolne odległości, z
wykorzystaniem satelitów nawet przez oceany.

7. Porównaj właściwości
ś

wiatła świecy, Ŝarówki i lasera

wieca i Ŝarówka świecą pod wpływem temperatury. Jest promieniowaniem termicznym. Ich

promieniowanie ma widmo ciągłe. Powierzchnia Słońca o temperaturze ok. 6000 °C wysyła
fotony wszystkich kolorów tęczy w podobnej ilości, natomiast świecy, której temperatura jest
względnie niska, trudno jest wysłać fotony niebieskie i fioletowe, bo są one bardziej energetyczne
od czerwonych czy Ŝółtych. Stąd jej światło jest Ŝółtawe. śarówka jako gorętsza (2700 °C)
wysyła więcej niebieskich i fioletowych niŜ świeca przez co światło Ŝarówki bardziej przypomina
słoneczne.

Laser wysyła światło tylko jednego koloru czyli monochromatyczne, więc jego widmo jest
liniowe (tylko jedna linia). Wszystkie fotony są ze sobą „zgrane” jakby zespojone – wszystkie
drgają identycznie, w tym samym miejscu mają górki, a w innym doliny. Mówimy, Ŝe światło
lasera jest spójne. Powoduje to, Ŝe ma duŜą siłę. Ponadto światło to jest spolaryzowane, a więc
kierunek drgań wszystkich fotonów jest ten sam.

Materiał sprawdzianu FIZYKA 2

1. Co to są ciekłe kryształy, jak
reagują na pole elektryczne i
gdzie to znalazło zastosowanie.

Są to ciecze złoŜone z podłuŜnych cząsteczek. Cząsteczki te jak ołówki w piórniku samoczynnie
układają się w jednym kierunku. Kierunek moŜemy zmieniać za pomocą pola elektrycznego, w
cząsteczkach następuje bowiem wtedy rozsuniecie się ładunków, co ustawia je od plusa do
minusa.

Rys. Cząsteczki uporządkowane za pomocą naładowanych znajdujących się po bokach płytek.

Znalazły zastosowanie w róŜnego typu wyświetlaczach ciekłokrystalicznych czyli LCD (Liquid
Crystal Display). Wyświetlacze ciekłokrystaliczne wykorzystują światło spolaryzowane. Te w
komputerach wymagają podświetlenia od spodu. Tym z kalkulatorów wystarcza światło
zewnętrzne. Za układem szybek znajduje się lusterko, odbijające światło. To czy odbije czy nie
zaleŜy od ustawienia cząsteczek ciekłego kryształu na danym polu. Pola te bywają widoczne przy
patrzeniu pod pewnym kątem.

Rys. Droga światła, gdy pole jest jasne.

Rys. Droga światła, gdy jest wyświetlana cyfra jako ciemne pola na jasnym tle.

2. Jakie okresowe zjawiska są
podstawą kalendarza?

Doba jest to czas pomiędzy dwoma górowaniami Słońca.  To powtarzające się zjawisko wynika z
ruchu obrotowego Ziemi.

Rok astronomiczny jest czasem, po którym Ziemia wraca w to samo miejsce na orbicie. Trwa
około 365 i trochę mniej niŜ ¼ dnia. Znaczy to, Ŝe nie moŜe zawsze zaczynać się i kończyć o
północy. Dlatego dla wygody ludzi rok kalendarzowy moŜe mieć róŜną ilość dni - normalnie
365, a co czwarty 366.  O taki wzór jest oparty kalendarz juliański. Kalendarz juliański dodaje
jednak za duŜo przestępnych lat, przez co się późni w stosunku do astronomicznego. Cztery obiegi
wokół Słońca zajmują Ziemi trochę mniej niŜ 3x365+ 366 dni. Kalendarz gregoriański to
poprawia ustanawiając, Ŝe pełne setki są przestępne tylko wtedy gdy są wielokrotnością 400.

3. Jakie okresowe zjawiska
słuŜą do pomiaru czasu?

Choć sekundę określono pierwotnie jako dobę podzieloną przez 24x3600, jednak okazało się, Ŝe
długość doby waha się zaleŜnie od pory roku i systematycznie się wydłuŜa. Dlatego w chwili
obecnej sekundę stanowi czas ściśle ustalonej ilości drgań atomów cezu w zegarze atomowym.

Do pomiaru czasu wykorzystuje się zjawiska okresowe takie jak wahanie wahadła, drgania
spręŜyny w nakręconym zegarku, drgania kryształu kwarcu w elektronicznych zegarkach
kwarcowych. Zegary cezowe są dziś wzorcem czasu. Mylą się o 1 sekundę na 1 mld lat, czyli
gdyby istniały od początku świata pomyliłyby się o około 14 sekund. Jeszcze dokładniejsze są
zegary pulsarowe. Sygnały gwiazd neutronowych zwanych pulsarami są wysyłane tak regularnie,
Ŝ

e pozwalają mierzyć czas 100 razy dokładniej.

4. Dlaczego lód jest lŜejszy od
wody?

Bo jest w nim między atomami więcej przestrzeni niŜ w wodzie.

Widać

e ta sama ilość cząsteczek w wodzie zajmuje mniej miejsca niŜ w lodzie.

5. Dlaczego woda jest
najgęstsza przy 4 stopniach
Celsjusza?

Bo w wyŜszych temperaturach zwiększone drgania powodują rozpychanie się cząsteczek, a w
mniejszych cząsteczki próbują krótkotrwale łączyć się w struktury podobne do tych w lodzie.

6. Dlaczego gram wody jest
trudniej ogrzać niŜ oleju czy
alkoholu? Jaka jest rola

Bo w gramie wody jest duŜo więcej cząsteczek niŜ w gramie oleju lub alkoholu. Cząsteczki wody
są lŜejsze, ale przy ogrzaniu o 1 stopień kaŜda pobiera tyle samo ciepła co cząsteczka alkoholu
czy oleju. Dzięki temu oraz  dostępności  i niepalności woda jest doskonałym środkiem
gaśniczym. Dodatkowo ma niezbyt wysoką temperaturę wrzenia. Nim wywrze pobiera ciepło z
otoczenia uniemoŜliwiając palenie się. Podobnie w garnku.  Póki składniki pływają w wodzie,
potrawa się nie przypali.

Materiał sprawdzianu CHEMIA

1. Podaj przykład obserwacji i
doświadczenia chemicznego.
Czym róŜnią się te dwa
pojęcia?

W obserwacji nie ingerujemy wcale w przebieg zjawiska. Tak np. odkryto powstawanie mydła.
Kto i kiedy dokonał tej obserwacji, nie wiadomo. Tłuszcz kapiący z róŜna w popiół mógł po
deszczu tworzyć pianę. Ktoś musiał zaobserwować skąd ta piana się bierze. Obserwacja
odpowiada na pytanie: Co dokładnie się dzieje?

Doświadczenie odpowiada zaś na pytanie: Co się stanie jeśli coś zrobimy?

Pierwsze udokumentowane wzmianki o mydle znaleziono na sumeryjskich glinianych tabliczkach
(ok.2500 p.n.e, a więc prawie sprzed 5 tys lat). Opisują one sposób wytwarzania mydła przez
gotowanie tłuszczu kóz i przesączu otrzymywanego z popiołu drzew. Ktoś musiał wpaść na ten
pomysł, a sprawdzenie jakie będą skutki było doświadczeniem.

Obserwacja stała się początkiem odkrycia wcześniej nieznanej substancji chemicznej o
wyjątkowych właściwościach. Chodzi o penicylinę. Jest to przykład z pogranicza chemii i
biologii, a więc z biochemii.

Zdjęcie: Fleming ogląda tzw. szalkę Petriego z wymazem bakterii.

W 1928 roku, Aleksander Fleming zostawił szkiełko laboratoryjne z wymazem gronkowców w
swoim laboratorium i pojechał na dwutygodniowe wakacje. Kiedy wrócił zobaczył, Ŝe próbka
została zainfekowana pleśnią, która sprawiła, Ŝe bakterie przestały się rozmnaŜać.

Zdjęcie: Gronkowce (zabarwione metodą Grama). Powodują cięŜkie zakaŜenia.

Zjawisko moŜe być znane, ale nie do końca. Jeśli wpływamy na przebieg pytając się: Co się

stanie jeśli? - to teŜ mamy doświadczenie. Z pewnością wytwórcy mydła musieli celowo
zmieniać proporcje, by dopracować się jak najlepszego produktu. To były doświadczenia.

2. Jak naleŜy prawidłowo
prowadzić i dokumentować
obserwacje? Omów w oparciu o
przykłady.

Tak jak w przypadku obserwacji z fizyki naleŜy zadbać o:

•

bezpieczeństwo

•

sprzyjające warunki

•

jak najlepsze przyrządy i do tego prawidłowo ich uŜywać

Jeśli przez przypadek zauwaŜymy coś ciekawego, na przykład powstanie nowej substancji, nie
naleŜy jej smakować, dotykać itp. TakŜe wydzielające się podczas reakcji gazy mogą być trujące.
JeŜeli zjawisko się powtarza naleŜy zadbać o sprzyjające warunki obserwacji, np. oświetlenie.

W celu ustalenia jakie substancje reagowały i co powstało naleŜy maksymalnie wykorzystać
dostępne przyrządy.
Dokumentowanie:
Dokumentowanie ma na celu umoŜliwienie dalszych badań. Dlatego  naleŜy zapisać wszystko, co
udało się zaobserwować i ustalić. Wykonać zdjęcia. Zachować próbki do ewentualnych dalszych
badań. Jeśli sami nie potrafimy zgłębić zjawiska, naleŜy dokumentację upowszechnić.

Aleksander Fleming nie potrafił zbadać, co za substancja zastopowała mnoŜenie się gronkowców.
Nie udało mu się jej wyizolować, a tym bardziej wypróbować na ile nadaje się do celów leczenia.
Wykazał się jednak zrozumieniem, Ŝe obserwacja moŜe być waŜna. Zachował  i hodował grzyba.
Ustalił, Ŝe pleśnią był jeden z gatunków pędzlaka (po łacinie penicillum) - dokładnie penicillum
notate.

Zdjęcia: Pędzlak na pomarańczy.

Opisał wszystko w czasopiśmie naukowym i ciągle starał się zainteresować innych naukowców
dysponujących odpowiednią aparaturą. Obserwacja stała się początkiem wielu doświadczeń, które
sam przeprowadził. Odkrył uodparnianie się bakterii, gdy dawka była za mała.
Ostatecznie znaleźli się ludzie którzy podchwycili ideę Fleminga. Zdołali opracować
przemysłowy sposób hodowli pleśni i uzyskiwania z niej penicyliny. Od 1940 roku alianci mogli
leczyć swych rannych Ŝołnierzy w zupełnie nowy sposób - antybiotykiem, przez co ci szybko
wracali na front. W ostatnim roku wojny działo się to na olbrzymią skalę. Niemcy takiej
cudownej substancji nie posiadali. Za wkład w wynalezienie nowego sposobu leczenia, który
dodatkowo pomógł wygrać wojnę, Fleming i dwu innych badaczy otrzymało Nagrodę Nobla z
medycyny.

Ludwik Pasteur powiedział: „na polu obserwacji, los sprzyja tylko umysłom, które są na to
przygotowane” czyli potrzebny jest otwarty i gotowy umysł, aby zrozumieć wagę
nieprzewidzianych sytuacji i wykorzystywać je w konstruktywny sposób.

3. Jak naleŜy prawidłowo
prowadzić i dokumentować
doświadczenia? Omów w
oparciu o przykłady.

W doświadczeniach chemicznych obowiązują te same zasady co w obserwacjach czyli dbałość o:

•

bezpieczeństwo (porządek, chroniący przed przypadkowym rozbiciem czy wywróceniem
pojemników, ubranie ochronne – okulary bądź przeźroczysta maska na twarz, fartuch,
rękawice, w przypadku ulatniających się toksycznych gazów przeprowadzanie reakcji
pod wyciągiem, postępowanie według zasad, np. tej: „Pamiętaj chemiku młody, wlewaj
zawsze kwas do wody”, zaznajomienie się z informacjami w literaturze lub Internecie na
temat przebiegu reakcji tak by uniknąć niebezpiecznych niespodzianek.)

•

sprzyjające warunki (porządek, oświetlenie)

•

jak najlepsze przyrządy i prawidłowe ich uŜywanie

Staranne zaplanowanie.
Doświadczenie musi być przemyślane, tak by sprawdzało to co faktycznie chcemy sprawdzić.
Trzeba zastanowić się co moŜe mieć niepoŜądany wpływ na przebieg.

Jeden parametr
Podczas obserwacji nie mamy moŜliwości wpływania na przebieg wydarzeń.  W doświadczeniu
mamy.  Wybieramy wtedy jeden parametr (czynnik, który zmieniamy) i sprawdzamy jak jego
zmiany wpływają na rezultaty. Oczywiście moŜemy następnie badać zaleŜność od innego
parametru, ale w danej chwili zawsze prowadzimy badanie dla jednego parametru.

Powtarzanie pomiarów i doświadczeń
W prawdziwych badawczych doświadczeniach z chemii jest to bardzo waŜna zasada. Chodzi o
uzyskanie dokładnych i pewnych wyników. Natomiast w warunkach szkolnych doświadczenia
mają zazwyczaj na celu tylko zapoznanie uczniów z reakcjami chemicznymi, dlatego reguła ta
jest rzadko stosowana.

Zasady dokumentacji
Podajemy na czym polegało doświadczenie, jakich odczynników, w jakiej ilości uŜyliśmy, jaki
sprzęt został wykorzystany. Zamieszczamy wszystkie wyniki.

4. Zaplanuj i wykonaj
doświadczenie, w którym
dysponując wodą wapienną
masz szansę uzyskać węglan
wapnia. Za pomocą reakcji
chemicznych uzasadnij
dlaczego to będzie ta
substancja.

Tu podaję jeden sposoby. MoŜna zaplanować inny.

Potrzebne  obiekty:

Woda wapienna, naczynie, rurka.

(Wodę wapienną czyli wodny roztwór wodorotlenku wapnia łatwo zrobić z wapna palonego,
które moŜna kupić w sklepach budowlanych. Wapno uŜywane do wapnowania gleb nie nadaje
się, bo jest wapnem tylko z nazwy. NaleŜy do wapna palonego dodać wodę, wymieszać. Woda
wapienna zbierze się na wierzchu po opadnięciu substancji stałych na dno)

Przebieg doświadczenia:

Dmuchamy przez rurkę do wody wapiennej. Woda zupełnie mętnieje po minucie dmuchania.
Przerywamy dmuchanie.  Po jakimś kwadransie sprawdzamy, czy na dnie osiadł proszek. Jeśli tak
i jeśli jest biały, to moŜemy przypuszczać, ze to węglan wapnia.

Uzasadnienie, Ŝe tą substancja jest najprawdopodobniej węglan wapnia:

Skała wapienna czyli wapień to węglan wapnia CaCO

. Wapno palone to nic innego jak ta skała,

z której pod wpływem wysokiej temperatury uciekł dwutlenek węgla zostawiając tlenek wapnia
zgodnie z równaniem:

CaCO

→ CaO + CO

↑

Gdy na wapno palone zadziałamy wodą, powstaje wodorotlenek wapnia., który jest słabo
rozpuszczalny w wodzie. Tylko niewielka część pozostaje w wodzie dając wodę wapienną.
Reszta opada na dno.

CaO + H

O → Ca(OH)

W powietrzu wydychanym jest tylko trochę dwutlenku węgla. Oprócz azotu jest teŜ nadal sporo
tlenu, ale on tu nie reaguje. Reakcja zachodzi według równania, które koniecznie trzeba znać:

Ca(OH)

+ CO

→ CaCO

+ H

Węglan wapnia jest nierozpuszczalny w wodzie, dlatego tworzy wapień i dlatego kury robią z
niego skorupki jaj. Jeśli uzyskaliśmy węglan, wapnia to powinien on opaść na dno i być biały.

Na zdjęciu początek i koniec dmuchania.

MoŜna ściągnąć film do obejrzenia oddech.lfv (4,26 MB).

5. W jaki sposób fizyka pomaga
wyjaśniać procesy chemiczne?

Oto trzy najwaŜniejsze dary fizyki dla chemii.

Wyjaśnienie budowy atomu. W roku 1911 Niels Bohr wymyślił model atomu posiadającego
jeden elektron czyli model atomu wodoru. Ten model skutecznie wyjaśniał podstawowy problem
- dlaczego wodór świeci tylko niektórymi kolorami czyli wysyła widmo liniowe. Model Bohra
stał się podstawą opracowania modelu powłokowego, a ten skutecznie wyjaśnił na czym polegają
wiązania chemiczne. Polegają na poŜyczaniu elektronów będących najbardziej na zewnątrz.

Spektroskopia -  bardzo czuła metoda identyfikacji pierwiastków wchodzących w skład jakiejś
substancji.  Czuła, tzn. pozwalająca wykryć ilości bardzo trudne do stwierdzenia innymi
metodami. W wysokiej temperaturze cząsteczki substancji rozpadają się na poszczególne atomy.
Wtedy kaŜdy świeci wysyłając widmo liniowe, które jest łatwe do rozpoznania. Przypomina to
rozpoznawanie człowieka po jego liniach papilarnych. Za pomocą spektroskopii odkryto nieznany
wcześniej na Ziemi hel.

Dyfrakcja promieni Rentgena. Metoda pozwalająca doświadczalnie ustalić jak w danej
cząsteczce są ułoŜone atomy, a przez to podać prawdziwe wzory strukturalne. Warunkiem jest
uzyskanie kryształu danej substancji. Kryształ prześwietla się promieniami Rentgena. Promienie
ulegają dyfrakcji i interferencji tak jak światło, które przechodzi przez siatkę dyfrakcyjną.
Kryształ jest strukturą o wiele bardziej skomplikowaną niŜ siatka dyfrakcyjna, dlatego na ekranie
(kliszy fotograficznej) powstaje nie szereg linii, a układ plamek, w oparciu o który komputer
wylicza połoŜenie atomów w krysztale i cząsteczkach go stanowiących.

Porównanie dyfrakcji światła na siatce dyfrakcyjnej i promieni Rentgena na krysztale soli.

6. Przedstaw historię odkrycia
potasu

Jest zilustrowana w prezentacji o mydle, ale przypominam tu ją. Z przesączu z popiołu drzewnego
uŜywanego do produkcji mydła uzyskiwano po odparowaniu potaŜ. Dziś wiemy, Ŝe główny
składnik potaŜu to węglan potasu K

. Następnie uzyskiwano potaŜ Ŝrący, dziś znany jako

zasada potasowa KOH. Aby to uczynić potaŜ rozpuszczano wodzie wapiennej czyli wodzie
zawierającej Ca(OH)

. Wapń wypierał potas z potaŜu tworząc węglan wapnia, czyli podstawowy

składnik wapieni, skorupek jaj, kredy, jak wiadomo nie rozpuszczalny się w wodzie. Węglan
wapnia zatem opadał na dno. Roztwór odparowywano i tak powstawał „potaŜ Ŝrący”.

Gdy nauczono się wytwarzać prąd stały za pomocą ogniw galwanicznych, zaczęto
eksperymentować z przepływem prądu przez ciecze. Anglik Humprey Davy (czyt. hamprey deivi)
wpadł na pomysł stopienia potaŜu Ŝrącego w wysokiej temperaturze i przepuszczenia przezeń
prądu. Na katodzie uzyskał metal, który nazwał potasem. W podobny sposób odkrył jeszcze pięć
następnych metali – sód, magnez, wapń, stront i bar.

Uzyskiwanie potaŜu Ŝrącego:

Ca(OH)

+ K

→ CaCO

↓+ 2 KOH

Elektroliza potaŜu Ŝrącego:
Katoda: K

+ e

→ K

Anoda: 2 OH

- 2e

→ H

O + ½ O

7. Jakich substancji uŜywano i
uŜywa się do uzyskiwania
ś

wiatła?

(podręcznik str. 78)
Ź

ródła światła świecące pod wpływem wysokiej temperatury

•

Łuczywo: celuloza zawarta w drewnie

•

wieca: łój zwierzęcy, wosk, parafina

•

Lampa naftowa: nafta

•

Oświetlenie gazowe miast: gaz świetny - mieszanina głównie wodoru i tlenku węgla CO,
wycofany z uŜycia, bo łatwo było się zatruć

•

włókna Ŝarówek: wolfram

•

włókna lamp halogenowych: wolfram (lampa halogenowa to Ŝarówka o wyŜszej
temperaturze włókna, a więc o świetle bliŜszym słonecznego. WyŜsza temperatura jest
moŜliwa dzięki dodaniu halogenu czyli fluorowca np. jodu do wnętrza bańki, co
zapobiega szybkiemu odparowywaniu i przepalaniu się włókna)

Lampy wyładowcze, w których świeci gaz pod wpływem płynącego przezeń prądu:

•

neony (w reklamach) i neonówki (małe lampeczki np. w próbnikach napięcia): gazy
szlachetne , np. neon

•

lampy sodowe: sód (po odparowaniu następującym podczas zapłonu lampy)

•

wietlówki: rtęć (po odparowaniu następującym podczas zapłonu lampy) i luminofor

(zamienia promieniowanie ultrafioletowe rtęci na światło widzialne)

Lampy diodowe:

•

Diody LED: półprzewodniki będących związkami galu. Aby dawały światło białe, diody
muszą być pokryte luminoforem czyli substancją świecącą pod wpływem padającego
nań promieniowania.

•

Diody OLED (Organic Light Emiting Diode): organiczne polimery, czyli związki węgla
o długich łańcuchach złoŜonych z powtarzających się segmentów czyli monomerów

8. Co to jest nanotechnologia?
Jakie znaczenie mają w niej
polimery przewodzące?

Nanotechnologia to wytwarzanie obiektów małych lub duŜych o detalach mniejszych od długości
fali światła, a więc niewidocznych przez mikroskopy optyczne. Na przykład pojedyncza warstwa
grafenu  ma grubość mniejszą  od 1 nanometra.  Potrafimy wytwarzać metalowe druciki o
grubości nanometrów. Układy elektroniczne drukowane na procesorach są równieŜ
niedostrzegalne przez zwykły mikroskop.

Polimery przewodzące są wykorzystywane w mikroczujnikach prądu, napięcia, temperatury,
substancji chemicznych itp. Znajdują zastosowanie jako mikroźródła światła.  Metodami
nanotechnologii tworzy się z nich cienkie i elastyczne wyświetlacze  o doskonałej rozdzielczości
obrazu, uŜywane  np. w telefonach.

9. W jaki sposób
zabezpieczamy się przed
korozją metali, psuciem się
Ŝ

ywności i starzeniem skóry.

Przed korozją metali:

•

elektrolityczne pokrywanie metalami odpornymi na korozję np. niklowanie,
chromowanie

•

pokrywanie farbą, emaliami

•

pokrywanie warstwą plastiku,

•

pokrywanie olejem, smarami

•

pasywacja czyli pokrywanie warstwą tlenku, która odcina kontakt metalu z powietrzem

Przed psuciem się Ŝywności:

•

niska temperatura

•

dodawanie konserwantów i antyoksydantów

Przed starzeniem skóry:

•

unikanie oparzeń słonecznych przez umiarkowane wystawianie się na słońce

•

stosowanie kremów przeciwsłonecznych

•

stosowanie kremów nawilŜających

10. Co to są wiązania
wodorowe?

To mocne przyciąganie się między dodatnimi atomami wodoru w jednej cząsteczce wody a
ujemnym atomem tlenu w innej.

11. Co to jest napięcie
powierzchniowe?

To zjawisko zachowywania się powierzchni wody jak powierzchni baloniku. Cząsteczki wody
mocno trzymają się siebie dzięki wiązaniom wodorowym i nie pozwalają wtargnąć do środka
cząstkom, które nie są naładowane elektrycznie. Jeśli cząsteczki jakiegoś materiału nie mają
naładowanych końców woda ich nie zwilŜa, np. materiału na parasole, nóg nartnika.

Materiał ze sprawdzianu BIOLOGIA

Podaj przykład obserwacji i
doświadczenia biologicznego.
Czym róŜnią się te dwa
pojęcia?

W obserwacji nie ingerujemy wcale w przebieg zjawiska. Tak np. Robert Hook (czyt. huk) za
pomocą mikroskopu powiększającego 30 razy odkrył istnienie komórek, Leeuvenhoek (czyt.
levenhuk) za pomocą mikroskopu powiększającego 300 razy dostrzegł bakterie (w płytce
nazębnej). Obserwacja w biologii odpowiada na pytania: Co dokładnie się dzieje? lub Jak coś
jest zbudowane?

Doświadczenie odpowiada zaś na pytanie: Co się stanie, jeśli coś zrobimy?

Za pomocą doświadczenia Dymitr Iwanowski w 1892 roku wykazał, Ŝe istnieje zaraźliwy czynnik
mniejszy niŜ bakteria, który powoduje chorobę tytoniu. Sprawdził co się stanie, jeśli przepuści
sok z zaraŜonych liści przez filtr ceramiczny. Wiedziano, Ŝe przez mikropory w niepokrytej
glazurą porcelanie Ŝadna bakteria się nie prześlizgnie. Tymczasem to coś, co zaraz nazwano
wirusem (z łac. trucizną), przechodziło i miało moŜliwość zaraŜania kolejnych roślin.

Jak naleŜy prawidłowo
prowadzić i dokumentować
obserwacje? Omów w oparciu o
przykłady.

Tak jak w przypadku obserwacji z fizyki i chemii naleŜy zadbać o:

•

bezpieczeństwo

•

sprzyjające warunki

•

jak najlepsze przyrządy i do tego prawidłowo ich uŜywać

Bezpieczeństwo

Obserwacje zachowań dzikich zwierząt muszą być prowadzone tak, by nie zostaliśmy
zaatakowani.

Sprzyjające warunki

Nie prowadzi się obserwacji rekinów podczas sztormu.

Jak najlepsze przyrządy i ich prawidłowe uŜywanie

Przy obserwacji pantofelków niezbędny jest mikroskop. Aby pantofelka dobrze było widać trzeba
go prawidłowo oświetlić, dobrać właściwe powiększenie itp.

Dokumentacja

Opisujemy wszystkie przypuszczalnie mogące mieć znaczenie okoliczności, przy obserwacjach
zwierząt datę, miejsce. O ile moŜliwe dołączmy zdjęcia lub film. Jeśli obserwacja dokonana była
przez mikroskop podajemy powiększenie.

Jeśli mamy moŜliwość dokonania pomiaru np. rozmiaru, cięŜaru itp. korzystamy z niej i
zapisujemy wyniki.

Jak naleŜy prawidłowo
prowadzić i dokumentować
biologiczne doświadczenia?
Omów w oparciu o przykłady.

W doświadczeniach z biologii obowiązują te same zasady co w obserwacjach czyli dbałość o:

•

bezpieczeństwo

•

sprzyjające warunki (porządek, oświetlenie)

•

jak najlepsze przyrządy i prawidłowe ich uŜywanie

Dochodzą teŜ nowe:

Na przykład przy testowaniu leków część osób dostaje tzw. placebo.  Stanowią one grupę
kontrolną.

Powtarzanie pomiarów i doświadczeń
W prawdziwych badawczych doświadczeniach jest to bardzo waŜna zasada. Chodzi o uzyskanie
dokładnych i pewnych wyników. Natomiast w warunkach szkolnych doświadczenia mają
zazwyczaj na celu tylko zapoznanie uczniów ze zjawiskami, które zostały juŜ przez innych dobrze
zbadane, dlatego reguła ta  jest rzadko stosowana.

Zasady dokumentacji
Podajemy na czym polegało doświadczenie, jaki sprzęt został wykorzystany. Zamieszczamy
wszystkie wyniki.

Zaplanuj i wykonaj
doświadczenie, w którym
moŜna wykazać zachodzenie
zjawiska osmozy.

Na egzaminie wystarczy takie doświadczenie opisać, podając czego potrzeba, jakiej procedury
uŜyjesz i jakich spodziewasz się efektów, jeśli zjawisko zajdzie,

Przykład:

Potrzebne obiekty:
Sól, cukier, woda, ogórek, naczynia

Przebieg:

Do jednego naczynia wlewamy czystą wodę, do drugiego mocno słoną do trzeciego dobrze
posłodzoną. Do kaŜdego wkrajamy kilka jednakowo cienkich plasterków ogórka. Po kilkunastu
godzinach sprawdzamy jędrność plasterków.

Czego się spodziewamy.
Osmoza to wyrównywanie stęŜeń po obu stronach błony półprzepuszczalnej. Przez błony
komórkowe cząsteczek ogórka najlepiej przenika woda. Dlatego woda z plasterków stara się
rozcieńczyć roztwór soli czy cukru na zewnątrz i opuszcza plasterki, przez co więdną. Natomiast
składniki zawarte wewnątrz komórek ogórka nie mogą go opuścić. Dlatego w naczyniu z samą
wodą, woda będzie przenikać do wnętrza i ujędrniać pasterki.

MoŜna ściągnąć i obejrzeć film z doświadczenia ogórek.flv 7,42 MB.

W jaki sposób fizyka i chemia
pomagają wyjaśniać zjawiska
biologiczne?

Fizyka dostarcza coraz lepsze mikroskopy optyczne i elektronowe. Kamery i aparaty cyfrowe są
budowane przez inŜynierów w oparciu o zjawiska poznane przez fizykę.

Podstawowym zadaniem współczesnej biologii jest zrozumienie działania komórki. Nie da się
tego zrobić bez poznania białek komórkowych. Aby  poznać budowę cząsteczek białka, które są
złoŜone z tysięcy atomów, uzyskuje się zrobione z nich kryształy, a następnie bada za pomocą
dyfrakcji promieni Rentgena (patrz informacja w części o chemii).

Metody fizyczne pozwalają poznać ewolucję ziemskiego Ŝycia. Przede wszystkim dzięki nim
określono ile czasu trwała. Za pomocą badania ilości promieniotwórczych izotopów określa się
wiek skamienielin i skał w których tkwią.

Skamieniałości prześwietla się promieniami Rentgena i uzyskuje obrazy detali ukrytych wewnątrz
bez potrzeby rozłupywania obiektu, i to detali tak małych jakie daje się dostrzec mikroskopem
optycznym. Te promienie Rentgena uzyskuje się nie w lampach rentgenowskich takich jak
stosowane w szpitalach, a w urządzeniach stworzonych przez współczesną fizykę –
synchrotronach, podobnych do kolistego tunelu w CERN. Do uzyskania trójwymiarowych
obrazów wprzęga się komputery stosowane w tomografii. Jest to tzw. mikrotomografia
synchrotronowa.
W roku 2012 za pomocą tej metody stwierdzono, Ŝe zęby dunkleosteusa - ryby pancernej
rządzącej w morzach dewonu, wcale nie były płytami kostnymi (jak wciąŜ podaje Wikipedia), a
zbudowane były tak jak nasze. To pierwsze znane zęby.

Ryby pancerne wymarły z końcem dewonu, ale w jakiś sposób zęby stały się wynalazkiem
uŜywanym do dziś.

Szczegóły wewnętrznej budowy ryby pancernej ujawnione dzięki mikrotomografii
synchrotronowej.

Chemia pomogła zrozumieć czym są róŜne produkowane przez organizmy względnie proste
substancje, takie jak tlen, dwutlenek węgla, alkohol, tłuszcze, białka, cukry. Pozwala przewidzieć
zachowanie róŜnych grup funkcyjnych w białkach, określać zachodzenie reakcji zaleŜnie od pH
itp., wytwarzać syntetyczne substancje zastępujące lub blokujące działanie naturalnych w celu
badania procesów wewnątrzkomórkowych.

Dlaczego teoria ewolucji jest
centralną teorią biologii?

Teoria ewolucji ma wielkie znaczenie w biologii poniewaŜ za pomocą praw dostępnych do
sprawdzenia doświadczalnego ma aspirację wyjaśnić pochodzenie Ŝycia i róŜnorodność
gatunków.

To, Ŝe ma aspirację nie oznacza jednak, Ŝe wyjaśnia. Istnieje cały szereg zagadek, wobec których
staje bezradna. Pierwszy takim problemem jest budowa i funkcjonowanie pierwszej komórki.
Robiono doświadczenia usuwając z najprostszych bakterii róŜne części DNA. Okazało się, Ŝe aby
komórka Ŝyła, potrzeba bardzo wielu współdziałających układów, Ŝe najprostsza komórka
musiała mieć takie zazębianie się róŜnych w niej procesów, taką złoŜoność, Ŝe nie ma szans by
powstała w gotowej formie. Skąd się jednak wzięły części składowe i procesy, z których miałaby
się złoŜyć pierwsza komórka i jak się stało, Ŝe się  do siebie dopasowały? PrzecieŜ jeśli ktoś zrobi
kierownicę, silnik i  karoserię, to połoŜenie ich w jednym miejscu nie da samochodu, który
pojedzie. Trzeba mieć nie tylko pomysł jak je połączyć i co mają robić. Muszą teŜ do siebie
pasować. Nikt w takim razie nie jest w stanie wyobrazić  jak wyglądała pierwsza komórka.

Inna zagadka to skąd się wzięła wić bakteryjna. Ma ona silniczek ją napędzający. śadna z części
wici nie wydaje się z osobna do czegokolwiek potrzebna bakteriom. Musiała zatem powstać od
razu w gotowej formie wraz z silniczkiem. Ale tworzenie wici i silniczka jest tak skomplikowane,
Ŝ

e nie ma szans, by to się stało przez przypadek.

Nic dziwnego, Ŝe istnieje pogląd opozycyjny do teorii ewolucji - kreacjonizm, utrzymujący, Ŝe
Ŝ

ycie nie moŜe samo powstać z materii nieoŜywionej, Ŝe potrzebna do tego była interwencja

istoty nadprzyrodzonej.

Tradycyjny kreacjonizm twierdzi, Ŝe świat istot Ŝywych został stworzony przez Boga w
jednorazowym akcie i od tamtej pory część gatunków zginęła, np. na skutek ogólnoświatowego
potopu, a część zmieniła się najwyŜej nieznacznie. Nowoczesny kreacjonizm to zaś tzw. „teoria
inteligentnego projektu” akceptująca w duŜym stopniu ewolucję, ale zakładająca, Ŝe
przynajmniej w pewnych jej momentach niezbędne było wsparcie istoty czuwającej nad
Wszechświatem, bo same prawa przyrody, choć zaplanowane przez Superintelekt nie
wystarczyłyby do tego, by Ŝycie i do tego Ŝycie w formie, jaką obserwujemy, powstało.
Kreacjonizm zatem mówi, Ŝe pewnych rzeczy nie da się wyjaśnić, bo wykraczają poza prawa
przyrody.

Teoria ewolucji nie przeczy istnieniu Boga jako autora praw rządzących światem, stara się jednak
ś

wiat objaśnić w oparciu o nie, a nie o cudowne zdarzenia. Dlatego jest atrakcyjniejsza dla

naukowców. Dlatego teŜ stanowi teorię centralną biologii.

Jakie są załoŜenia teorii
ewolucji? Czy faktycznie mówi
ona, Ŝe motorem ewolucji jest
walka o byt, polegająca na
eliminacji osobników słabszych
lub gorzej dopasowanych do
ś

rodowiska?

Teoria ewolucji nie twierdzi, Ŝe motorem ewolucji jest walka o byt, czyli rywalizacja, w której
słabsi zostają wyeliminowani. Twierdzi, Ŝe motorem są przypadkowe zmiany w kodzie
genetycznym, przez co w ramach kaŜdego gatunku istnieje pewne zróŜnicowanie oraz zmienność
ś

rodowiska.

Jest prawdą , Ŝe osobniki danego gatunku mające cechy lepiej dostosowane do środowiska mają
większą szansę przetrwania i przekazują swój materiał genetyczny potomstwu. Ta prawda zakłada
jednak iŜ środowisko zmienia się wystarczająco powoli i wywiera ciągłą presję na gatunek.

Tak było z przodkami ludzi i szympansów. Powstanie systemu Wielkich Rowów Afrykańskich
pociągnęło za sobą zmiany klimatyczne na kontynencie. Przez to populacja naszych pra-pra-
przodków rozpadła się na dwie części.  Jedna została na zachodzie w obfitujących w owoce
dŜunglach i przekształciła się niewiele – w szympanse, druga zmuszona dostosować się do
trudnych warunków na coraz suchszych sawannach, zaczęła chodzić po ziemi, wykazywać więcej
sprytu, by nie dać się zjeść, wobec braku owoców zdobywać pokarm przez polowanie. Powolna
zmiana środowiska, połączona z ostrą selekcją naturalną (zjadanie mniej zaradnych przez
drapieŜniki),  spowodowała powstanie na sawannach istot z rodzaju homo sapiens.

Nie zawsze jednak jest tak, Ŝe „słabsi” przegrywają. Bywa, Ŝe „słabszych” nie ma, a ewolucja
postępuje. W związku z drobnymi róŜnicami w budowie jednym osobnikom łatwiej zdobywać
jedno poŜywienie, innym drugie. Powoli gatunek dzieli się na gustujących w jednym i
gustujących w drugim poŜywieniu. W ten sposób z kilku osobników jednego gatunku, które
trafiły na Galapagos powstały odrębne gatunki - słynne „zięby Darwina”, które są do siebie
bardzo podobne, ale nie krzyŜują się i kaŜdy specjalizuje się w innym pokarmie. (W
rzeczywistości nie są to zięby, a ptaki blisko spokrewnione z trznadlami.)

Bywa, Ŝe środowisko eliminuje osobniki zbyt odbiegające od pierwowzoru czyli przeszkadza w
ewolucji. Dzieje się tak, gdy rodzaj zagroŜeń i dostępnego poŜywienia się nie zmienia. Tym się
tłumaczy istnienie „Ŝywych skamieniałości”, które nawet genetycznie mogą być bardzo podobne
do swych przodków. Takimi Ŝywymi skamieniałościami są ryby trzonopłetwe latimerie oraz
bliscy krewni  trylobitów skrzypłocze. Wiele owadów znajdowanych w bursztynach sprzed
milionów lat nie wykazuje Ŝadnej róŜnicy w stosunku od obecnych. Są to wciąŜ te same gatunki.

Bywa i to całkiem często, Ŝe słabsi ostatecznie są górą. Głównie chodzi tu o całe gatunki, choć
czasem się sprawdza i w ramach jednego. Na skutek nagłej zimy wywołanej upadkiem meteorytu
Czikszalub wyginęły dinozaury. Były doskonale dopasowane do środowiska. Osiągały potęŜne
rozmiary, co było efektem wyścigu zbrojeń między dinozaurami roślinoŜernymi i drapieŜnymi.
Jednak spowodowany katastrofą brak poŜywienia wykończył najpierw duŜe gady roślinoŜerne,
potem mięsoŜerne zarówno w morzach jak i na lądzie. To nie lepsze dostosowanie do środowiska,
a właśnie małość i ukrywanie się po norach pełnych zapasów, pozwoliły ssakom przetrwać trudny
czas. Potem ssaki mogły się specjalizować w zdobywaniu róŜnych rodzajów pokarmu,
zdominować lądy i zasiedlić morza.

Walka o byt w sensie toczenia walki o pokarm w ramach jednego gatunku lub pomiędzy róŜnymi
gatunkami nie jest powszechnym zjawiskiem, bo nikt nie chce ginąć w walce. Zwierzęta raczej
wolą schodzić sobie z drogi. Walki prowadzą przede wszystkim drapieŜniki i zwierzęta
terytorialne, które by przeŜyć potrzebują odpowiednio duŜej przestrzeni.

Walki o samice. Z reguły wygrywają je osobniki silniejsze. Ale to, Ŝe młody i silny pokonuje
słabszego starego, nie oznacza, Ŝe ten młody ma lepsze geny.  Zwycięstwo zapewnia mu młodość.
Nawet walki między osobnikami tego samego wieku nie koniecznie wyłaniają osobniki najlepiej
dostosowane do środowiska. To, Ŝe ktoś się dobrze bije nie oznacza, Ŝe będzie dobrym ojcem.
Jeśli się tylko dobrze bije, jego potomstwo będzie miało mniejsze szanse na przeŜycie. Jego geny
zostaną wyeliminowane, ale nie na skutek walki o byt.

Walka o byt jest zatem elementem ewolucji, ale nie jej motorem.

Spotykane często hasło „dobór naturalny” jest określeniem wszystkiego, co wpływa na przeŜycie
organizmów, a więc nie wyjaśnia nic.

Omów odkrycie antybiotyków

Antybiotyki są substancjami chemicznymi występującymi w biologii. Opis odkrycia znajduje się
w części poświęconej chemii.

Jaka cząsteczka pełni rolę
przenośnika energii w
komórkach? Przedstaw jej
budowę (schematycznie) i
wyjaśnij na czym polega
przekazywanie przez nią
energii.

Przenośnikiem energii jest ATP – adenozynotrójfosforan.

Schematyczna budowa ATP. ATP składa się z adeniny, rybozy i trzech reszt kwasu fosforowego,
które odpychają się. Odpychanie jest niwelowane przez dodatni jon magnezu, który jednak nie
jest częścią ATP (tu widać po co człowiekowi magnez). Gdy magnez zostanie przez enzymy
przesunięty w sąsiednie miejsce ostatnia reszta wyskakuje z duŜą prędkością, co pozwala jej
inicjować róŜne reakcje chemiczne. Reakcje chemiczne polegają na łączeniu się atomów.
Niektóre reakcje zachodzą spontanicznie. Zazwyczaj jednak atomy jak klocki lego wymagają
wciśnięcia jednego w drugi, by zaczęły się trzymać. Zderzenie z odpowiednią siłą moŜe zapewnić
odpowiednio wysoka temperatura, albo ATP. Komórki wolą stosować ten drugi sposób, bo jest w
pełni kontrolowany przez enzymy.

Model cząsteczki ATP. Pokazane trzy fazy uwalniania energii czyli powstawania ADP z ATP.

6CO

+ 6H

O = C

+ 6O

Jasna – kosztem energii świetlnej rozkładane są cząsteczki wody. Cząsteczki ADP są
przekształcane w ATP.
Ciemna – pobierany CO

, budowana z niego glukoza przez dołączenie do dwutlenku węgla

atomów wodoru pochodzących z wody. Podczas tego procesu ATP traci energię wracając do
postaci ADP.

Omów przebieg fotosyntezy i
jej znaczenie w przyrodzie. W
szczególności:
napisz reakcję fotosyntezy
nazwij dwie fazy fotosyntezy
wyjaśnij co w kaŜdej następuje

Fotosynteza usunęła z atmosfery ziemskiej olbrzymie ilości dwutlenku węgla, przez co
zapobiegła zmienieniu się Ziemi w planetę przegrzaną tak jak Wenus, w zamian dała łatwo
dostępny i chętnie biorący udział w reakcjach tlen, co pchnęło ewolucję na nowe tory.

Fotosynteza to proces, który sprawia, Ŝe energia słoneczna staje się moŜliwa do wykorzystania w
ś

wiecie oŜywionym. Głównym celem roślin nie jest produkcja tlenu, a węglowodanów, białek,

tłuszczów itp. Materiały wytworzone przez rośliny są następnie przekształcane przez zwierzęta.

Czym są biopolimery, polimery
syntetyczne, syntetyczne
polimery biodegradowalne?

Biopolimery to tworzone przez organizmy Ŝywe cząsteczki chemiczne będące długimi
łańcuchami mniejszych składników, monomerów. Przykładem są celuloza, skrobia, białka.

Polimery syntetyczne są dziełem człowieka i nie występują naturalnie w przyrodzie. Przykłady to
bakelit,  polietylen, Problem z nimi jest zazwyczaj taki, Ŝe po wykorzystaniu zaśmiecają lądy i
morza. Bywają zjedzone przez zwierzęta i powodują ich śmierć lub choroby. Dodatkowo ulegając
degradacji pod wpływem czynników środowiska np. wody, światła, temperatury mogą wydzielać
toksyczne substancje.

Syntetyczne  polimery biodegradowalne są wytworzone przez człowieka, ale dają się rozłoŜyć
przez bakterie. Są produkowane z cukru, otrębów, opadłych liści.  Tych ostatnich robi się np.
jednorazowe naczynia kuchenne.

Co to są mikromacierze?
Wyjaśnij zasadę ich działania i
powiedz do czego się przydają.

Mikromacierze to płytki, które pozwalają odkryć, które fragmenty DNA wykorzystuje komórka.

KaŜda komórka w organizmie ma swoje zadania, aby je wypełniać produkuje potrzebne do tego
białka. W komórce zmienionej nowotworowo część produkowanych białek jest inna niŜ w
zdrowej. Jak się dowiedzieć jakie?

Rozdzielenie białek jest prawdopodobnie trudne, ale wymyślono inny sposób. OtóŜ, białka są
wytwarzane dzięki informacji pobranej z DNA. Te informację przenoszą cząsteczki mRNA.
Nauczono się je izolować.

Dzięki wyizolowanym mRNA odtwarza się fragmenty DNA, z których one niosły informację.
Przeciwnie niŜ w jądrze komórkowym, te odtworzone fragmenty DNA są zaopatrzone we
fluoryzujące cząsteczki.

Na mikromacierzy znajdują się zaś tysiące pól, z których kaŜde ma na sobie fragmenty nici
komplementarnej do tej, z której mRNA niosło informację. Ta komplementarna nić tworzyła w
jądrze wraz z właściwą nicią podwójną spiralę DNA, ale jej rola polegała na zabezpieczaniu tej
właściwej.

Człowiek wytwarza około 20 000 białek. Na mikromacierzy nie ma aŜ tylu miejsc, choć byłoby
idealne móc rozpoznać wszystkie białka. Na dzień dzisiejszy nie jest to konieczne, bo i tak  nie
znamy funkcji ¼ z nich.

Kiedy na macierz wylejemy wodę z fragmentami DNA odtworzonymi na podstawie mRNA, te od
zdrowych komórek fluoryzujące na jeden kolor, a te od chorej fluoryzujące na inny kolor,
fragmenty DNA przyczepiają się do fragmentów komplementarnej nici DNA umieszczonych na
polach.

Po naświetleniu ultrafioletem widać, gdzie przyczepiły się DNA ze zdrowej komórki, a gdzie z
chorej. Na podstawie tego moŜna dobrze określić na czym polega złe funkcjonowanie komórki i
zdecydować o formie leczenia.

Rozpoznawać tak moŜna rodzaj nowotworu lub wirusa, który się wkradł do komórki i zmienił
jej działanie.

Metoda ta pozwala teŜ badać jak podanie leku modyfikuje działanie komórki.

Szczegółowy opis metody:

Procedura jest oddzielnie wykonywana dla zdrowych i chorych komórek. Dopiero w ostatnim
etapie materiał z nich uzyskany zostaje wymieszany.

Pierwszy etap: Za pomocą wirowania oddziela się z cytoplazmy komórek krótkie łańcuchy RNA
od duŜych takich jak białka i DNA.

Drugi etap: Przepuszczenie roztworu zawierającego juŜ tylko cząsteczki RNA między kulkami
pokrytymi cząsteczkami zbudowanymi z samych nukleotydów tyminowych tzw. poli-T.
PoniewaŜ cząsteczki mRNA mają zawsze jedną końcówkę  zrobioną z wielu nukleotydów
adeninowych tzw. końcówkę poli-A, przyklejają się do poli-T na kulkach.

Trzeci etap:  Spłukanie mRNA z kulek z pomocą płynu, który sprawia, Ŝe się oddzielają.

Czwarty etap: Do roztworu zawierającego mRNA dodaje się cząsteczki poli-T (tym razem
swobodnie pływające), enzymy odwrotne transkryptazy i nukleotydy zaopatrzone we fluoryzujacą
część, przy czym materiał ze zdrowych komórek otrzymuje nukleotydy fluoryzujące na jeden
kolor, a z chorych na inny.
Cząsteczki  poli-T wiąŜą się z  końcami poli-A cząsteczek mRNA.  Wtedy do akcji wkraczają
enzymy przyłączające do poli-T komplementarne do mRNA łańcuchy, będące fragmentami DNA,
z których cząsteczki mRNA niosły informację.

Piaty etap: Usunięcie czasteczek mRNA.

Szósty etap: Odtworzone w oparciu o mRNA fragmenty DNA, znajdujące się w roztworze, są
wylewane na mikromacierz i przyczepiają się do wyeksponowanych na jej powierzchni
fragmentów komplementarnej nici DNA.

Siódmy etap: Oświetlenie mikromacierzy promieniowaniem UV. Odtworzone fragmenty DNA
ś

wiecą pokazując, gdzie się przyczepiły.

By lepiej to zrozumieć radzę przypomnieć prezentację.

Jaki hormon i gdzie
wytwarzany reguluje dobową
aktywność człowieka? Opisz
rolę tego hormonu.

Jest to melatonina produkowana przez szyszynkę znajdującą się w mózgu. Jest wysyłana pod
wpływem ciemności. Wywołuje ona sen, który jest czasem regeneracji organizmu. Przy braku snu
organizm się szybciej zuŜywa, starzeje. Oczy stają się podkrąŜone, a cera wiotczeje. Występują
trudności w koncentracji myśli. Podczas snu organizm naprawia uszkodzenia, usuwa zmutowane
komórki. Dlatego melatonina ma działanie przeciwrakowe.
Pora przyjmowania leków jest często istotna. Na przykład przyjmowanie leków zmniejszających
produkcję złego cholesterolu przez wątrobę powinno się odbywać wieczorem, bo wątroba
produkuje cholesterol zwłaszcza w nocy. Przyjmowanie rano sprawia, Ŝe do wieczora stęŜenie
leku wyraźnie spadnie i efekt będzie duŜo słabszy.

Opisz jak organizm kobiety
steruje cyklem
miesiączkowym?.

Hormony są cząsteczkami chemicznymi, które uwalnia do krwi gruczoł dokrewny, by zmieniać
tryb pracy wybranych narządów ciała.
Podwzgórze wysyła gonadoliberynę w postaci impulsów o małej częstotliwości. Przysadka
reaguje na to wysyłaniem hormonu FSH (folliculus stymulujący hormon – gdzie folliculus to
łacińska nazwa pęcherzyka)
Gdy jeden z pęcherzyków w jajniku dojrzeje wysyła mocny impuls estrogenów – kobiecych
hormonów płciowych, które są teŜ, ale w duŜo mniejszej ilości takŜe w organizmach męŜczyzn.
To oznacza, Ŝe pęcherzyk jest gotowy do uwolnienia komórki jajowej.
Podwzgórze szybkimi impulsami gonadotropiny zleca wtedy przysadce wysłanie hormonu LH
powodującego uwolnienie komórki jajowej i powstanie ciałka Ŝółtego (L to pierwsza litera
łacińskiego słowa „luteum” oznaczającego Ŝółtko)
Ciałko Ŝółte wysyła hormon progesteron, hormon ciąŜowy. Pozwala on na zagnieŜdŜenie się
zarodka w błonie śluzowej macicy i utrzymanie ciąŜy. Objawem ubocznym jego działania jest
nieznacznie podniesienie temperatury ciała w drugiej fazie cyklu.
Jeśli zarodek się zagnieździ, błona go otaczająca, tzw. kosmówka, wysyła hormon (gonadotropinę
kosmówkową – tej nazwy znać nie trzeba), który podtrzymuje istnienie ciałka Ŝółtego. Jeśli się
nie zagnieździ ciałko Ŝółte zanika i błona śluzowa macicy ulega rozpadowi.

By lepiej to zrozumieć radzę przypomnieć prezentację.

Co to jest hibernacja i
estywacja? Podaj przykłady.

Hibernacja to spowolnienie metabolizmu organizmu pozwalające przetrwać okres niskich
temperatur, sen zimowy. Zapadają w niego Ŝaby,  wiele owadów, niedźwiedzie, wiewiórki,
nietoperze,
Estywacja to spowolnienie metabolizmu pozwalające przetrwać okres suszy i gorąca. W sen letni
zapadają ryby dwudyszne, słodkowodne ślimaki i pijawki.

Skąd rośliny wiedzą kiedy mają
kwitnąć a kiedy zrzucać liście?

Są rośliny, które kwitną, gdy temperatura i nawodnienie pozwolą im rozwinąć się na tyle by
osiągnęły stan gotowości do kwitnienia. Takie są ogórki i pomidory.

Jednak część roślin, zwłaszcza rośliny wieloletnie takie jak drzewa, są cały czas wystarczająco
silne, by kwitnąć i owocować. Kwitną na wiosnę, gdy dzień stanie się odpowiednio długi. Nie
mierzą jednak długości dnia, a długość nocy. W liściach mają substancję zwaną fitochromem,
która pod wpływem światła zmienia swą postać. Towarzyszy temu zmiana koloru substancji z

zielonej na turkusową (zielono-niebieską).  W ciemności cząsteczki fitochromu stopniowo
wracają do pierwotnej zielonej postaci. Jeśli wiosną po nocy stęŜenie cząsteczek naświetlonych
pozostaje wciąŜ wysokie, bo noc była wystarczająco krótka, uruchamia to  kwitnienie. Natomiast
jesienią, gdy noce stają się długie, rano formy naświetlonej jest juŜ niewiele. To znak, Ŝe naleŜy
wycofywać chlorofil z liści. Liście Ŝółkną i opadają.

Są jednak rośliny z okolic międzyzwrotnikowych, np. kukurydza, które kwitną dopiero latem,
czyli gdy noce się wydłuŜają. Kukurydza pochodzi z Meksyku, gdzie słońca jest aŜ za duŜo. Jest
pora sucha i deszczowa, stąd roślina ta woli odwlec swe główne czynności Ŝyciowe do tej drugiej.
Podobnie zachowuje się tytoń i ryŜ.

Temperatury i opady w stolicy Meksyku.

Podaj przykład hydrofitu,
higrofitu,
mezofitu,
kserofitu.

moczarka kanadyjska, grzybień biały
kaczeńce, niezapominajki, paprocie
drzewa liściaste, rośliny łąkowe
kaktusy

Na czym polega włoskowatość i
do czego przydaje się roślinom?

Na wędrówce wody w górę bardzo cienkich rurek. Dzięki temu nasiąka gleba, a woda z korzeni
przez cieniutkie naczynia dociera do liści drzew.

Na czym polegają dostosowania
zwierząt do Ŝycia w środowisku
słonowodnym, słodkowodnym i
lądowym?

W wodzie proste zwierzęta jak gąbki i parzydełkowce  nie potrzebują układu oddechowego, bo
mają duŜą powierzchnię w stosunku do masy swego ciała. Oddychają na drodze dyfuzji tlenu
przez błony komórkowe. Większe zwierzęta stosują skrzela.
Na lądzie przez wilgotną skórę oddychają dŜdŜownice, a krew rozprowadza tlen do wszystkich
komórek. Przez wilgotną skórę oddychają płazy, choć mają teŜ niezbyt efektywne płuca. Owady
oddychają przez przetchlinki. Większość zwierząt posiada płuca.

DuŜy problem stanowi tak zwana osmoregulacja. Osmoza to przenikanie wody przez błonę
półprzepuszczalną (np. komórkową) dąŜące do wyrównania stęŜeń substancji po obu stronach.
Część organizmów morskich pozwala osmozie wyrównać stęŜenia po obu stronach. Ryby
morskie wydalają mało moczu i jest on zagęszczony, natomiast słodkowodne, wydalają duŜo
rozcieńczonego moczu, bowiem morskie starają się zatrzymać jak najwięcej wody uciekającej z
nich przez skórę i skrzela, a słodkowodne starają się pozbyć jak najwięcej wody wnikającej do
nich przez skrzela i skórę.

Zwierzęta lądowe pobierają wodę z poŜywieniem.

Zwierzęta lądowe muszą albo być małe, albo dla udźwignięcia większej masy posiadać szkielet
wewnętrzny lub zewnętrzny.

Przykłady obserwacji mieszczących się w geografii to obserwacje temperatur, opadów itp.
połączone z pomiarami. Obserwacje odpowiadają na pytanie: Co dokładnie się dzieje?

Doświadczenie odpowiada zaś na pytanie: Co się stanie jeśli coś zrobimy?

Trudno w geografii o doświadczenia. Z pewnością takim była wyprawa Kolumba, który
postanowił sprawdzić czy zdoła dotrzeć do Indii płynąc na zachód. Nie dopłynął, ale odkrył
Amerykę. Podobna była wyprawa Magellana. Miała odpowiedzieć na pytanie czy płynąc cały
czas na zachód jest moŜliwe wrócić w to samo miejsce czyli raz na zawsze wykazać kulistość
Ziemi.
Oczywiście cel naukowy wyprawy Magellana był drugoplanowy. Głównym jawiło się zyskanie
dla Hiszpanii wyłączności na handel z ludami produkującymi przyprawy. Magellan, Portugalczyk
w słuŜbie Hiszpanii, chcąc zmusić jednego z kacyków do dostarczenia mu towarów wdał się w
bitwę, w której zginął wraz z częścią swych towarzyszy.

Innym słynnym doświadczeniem było sprawdzenie, Ŝe część wód Dunaju uchodzi do Morza
Północnego.

Rys. W okolicy swych źródeł Dunaj (czerwona linia) płynie przez wapienne góry, w które wsiąka
część jego wód, tak Ŝe w suche lata na pewnym odcinku jego koryto moŜe stać się puste.
Niedaleko przepływa Ren (niebieska linia). PoniewaŜ brak wody w Dunaju był bardzo dotkliwy
dla tamtejszego przemysłu, starano się ustalić dokąd woda wędruje. Do Dunaju wpuszczono
substancję fluoryzującą, której obecność stwierdzono następnie w źródle, które daje początek
rzece wpadającej do Jeziora Bodeńskiego (fioletowy owal) przez które przepływa Ren.

2. Jak naleŜy prawidłowo
prowadzić i dokumentować
obserwacje w geografii? Omów
w oparciu o przykłady

Tak jak w przypadku obserwacji z fizyki, chemii i biologii naleŜy zadbać o:

•

bezpieczeństwo

•

sprzyjające warunki

•

jak najlepszy sprzęt przyrządy i go prawidłowo uŜywać

Bezpieczeństwo.
Jeszcze niedawno osobiste obserwacje miały duŜe znaczenie w geografii. Podejmowano
ryzykowne wyprawy. Nawet w erze satelitów takie obserwacje bywają niezbędne do ustalenia
faktów o Ziemi. Na przykład w roku 1996 Polak Jacek Pałkiewicz na czele międzynarodowej
wyprawy odkrył źródła Amazonki. Wyprawa w takie rejony wymaga zabezpieczenia się przed
chorobami, zwierzętami, a takŜe tubylcami.

Eksploracja jaskiń bywa równie niebezpieczna. Wystarczy, Ŝe na powierzchni spadnie ulewa, a
korytarze moŜe wypełnić woda. Tu szczególną rolę odgrywa zapewnienie łączności z ekipą na
wierzchu. W jaskini moŜna spaść, utknąć w wąskim przejściu a nawet być ugryzionym przez
jakieś zwierzę.

Sprzyjające warunki.
Podczas wypraw duŜe znaczenie ma pora roku tak by się wstrzelić we właściwą pogodę. Podczas
pory deszczowej poruszanie się w krajach tropikalnych jest bardzo utrudnione. Z kolei wyprawy
na Antarktydę zawsze planuje się na krótkie lato, by było cieplej.

Sprzęt.
Podczas wypraw wypróbowany sprzęt jest niezmiernie waŜny. Norweg Roald Amundsen do
zdobycia bieguna południowego wykorzystał w 1912 r. wiedzę i doświadczenie, których nabrał
przebywając wśród Eskimosów. Dlatego wyruszył na psich zaprzęgach. Zaś jego rywal Anglik
Robert Scott jak przystało na reprezentanta Imperium Brytyjskiego wybrał się z całą potęgą
ówczesnej techniki - saniami motorowymi, których silniki zaraz zamarzły. Potem od zimna
popadały mu kuce. W efekcie musiał iść pieszo. W drodze powrotnej cała wyprawa wymarzła.

Dokumentacja.
W przypadku wypraw jest to prowadzenie dziennika. Mimo, Ŝe wyprawa Magellana trwała
prawie trzy lata, cały czas skrupulatnie prowadzono dziennik pokładowy. Dzięki temu podróŜnicy
odkryli, Ŝe stracili jeden dzień, tzn. według ich rachunków była środa, a w rzeczywistości był
czwartek. Ten motyw wykorzystał później Juliusz Verne w powieści „W 80 dni dookoła świata”.
Puścił tylko podróŜnika w przeciwnym kierunku, dzięki czemu ów zyskał jeden dzień.

W obecnych czasach waŜną część dokumentacji podróŜniczych stanowią zdjęcia i filmy.

Jako Ŝe geografia zajmuje się opisem powierzchni Ziemi i warunków panujących w róŜnych
miejscach, w pewnym stopniu wchodzi na pole etnografii, biologii, geologii, meteorologii itp. W
kaŜdym przypadku waŜna jest systematyczność i dokładność.

3. Jak naleŜy prawidłowo
prowadzić i dokumentować
doświadczenia w geografii?
Omów w oparciu o przykłady

PoniewaŜ geografia jest nauką przede wszystkim obserwacyjną, a doświadczenia są w niej rzeczą
niezwykle rzadką, nie będzie takiego pytania.

4. Opisz rozwój Wszechświata.
Wyjaśnij pojęcia: Wielki
Wybuch, Inflacja
Kosmologiczna,
promieniowanie reliktowe,
gwiazdy pierwszego pokolenia,
drugiego pokolenia.

Edwin Hubble odkrył, Ŝe niektóre widoczne przez teleskop mgławice (np. wielka mgławica w
Andromedzie) to galaktyki podobne do naszej. ZauwaŜył ponadto, Ŝe światło odległych galaktyk
jest przesunięte ku czerwieni tym bardziej im są one od nas dalej. Światło wodoru docierające od
nich ma mniejsze częstotliwości niŜ światło wysyłane przez wodór na Ziemi. Wydawało się, Ŝe
odpowiada za to tzw. efekt Dopplera – zjawisko polegające na tym, Ŝe  gdy źródło fal się oddala
(np. źródło dźwięku), do obserwatora dociera fala o mniejszej częstotliwości (np. niŜszy dźwięk).
Skoro galaktyki się od siebie oddalają, to kiedyś musiały być blisko siebie, cała materia
Wszechświata musiała być skupiona w niewielkiej objętości. Moment, gdy materia zaczęła się
oddalać nazwano Wielkim Wybuchem.

Określenie Wielki Wybuch jest mylące, bo galaktyki w istocie stoją w miejscu. Rozszerza się za
to przestrzeń między nimi.  Poczerwienienie światła galaktyk wynika stąd, Ŝe lecące przez
kosmiczne pustki fotony rozciągają się wraz z przestrzenią, przez co maleje ich częstotliwość.

Wielki wybuch nastąpił 13,7 mld lat temu. Przez ułamek sekundy po nim przestrzeń rozszerzała
się z prędkością wiele razy większą od prędkości światła. Tę krótką chwilę zwiemy Inflacją
Kosmologiczną (inflacja to inaczej nadymanie) Fotony ulegały rozciąganiu, a więc ich energia
spadała. Przez to spadała temperatura Wszechświata. Pozwoliło to wpierw  kwarkom połączyć się
w protony i neutrony, a następnie gdy temperatura spadła do około 3000 K elektrony zaczęły
przyłączać się do protonów przez co powstały atomy wodoru, trochę helu i litu. Ale spadając na
orbitę w atomie elektron wysyła światło. Wysyłane wtedy masowo fotony wypełniły
Wszechświat. Część z nich dotarła dawno na Ziemię. Te, które właśnie dolatują, leciały  przez 13,
7 mld lat i rozciągnęły się juŜ 1000 krotnie, co znaczy Ŝe wygląda jakby były wysyłane przez
materię nie o temperaturze 3000 K a 3 K. Jest to tak zwane promieniowanie reliktowe – relikt
zamierzchłej przeszłości, pamiątka z czasu powstawania atomów. Jest teŜ zwane
promieniowaniem tła, bo dolatuje do nas ze wszystkich kierunków. Tło na którym widzimy
gwiazdy i galaktyki nie jest zupełnie czarne.

Po ułamku sekundy Inflacja Kosmologiczna się skończyła. Mogły się tworzyć pierwsze gwiazdy.
W niecały miliard lat po Wielkim Wybuchu istniały juŜ galaktyki, o czym świadczą najdalsze
obserwowane obiekty – kwazary, czyli jądra tych galaktyk rozbłyskujące na skutek pochłaniania
gwiazd przez czarne dziury w ich centrum. Dziś poŜeranie gwiazd przez centralne czarne dziury
jest duŜo słabsze, choć zachodzi i w naszej Galaktyce.

Pierwsze gwiazdy składały się niemal z samego wodoru. Te większe zdąŜyły juŜ go wypalić i
zmienić w inne pierwiastki, takie jak tlen, z których najcięŜsze jest Ŝelazo. Jeszcze cięŜsze
pierwiastki (np. uran) powstawały podczas gwałtownej śmierci tych gwiazd, czyli podczas
wybuchów supernowych.

Nasze Słońce naleŜy do drugiego pokolenia. Istnieje juŜ 4,5 mld lat i około 5 mld minie nim
zgaśnie wcześniej rozdąwszy się do czerwonego olbrzyma. Nie wybuchnie jako supernowa, bo

jest za małe, tylko jego zewnętrzne warstwy się rozpłyną. Częściowo powstało z materii juŜ
przepalonej we wnętrzu pierwszego pokolenia gwiazd, bo zawiera wiele innych pierwiastków
oprócz wodoru i helu.
Planety mogły powstawać dopiero wokół gwiazd  drugiego pokolenia. Wcześniej nie było
pierwiastków mogących utworzyć ciało stałe, nie było teŜ wody, skoro nie było tlenu.

Oddalanie się galaktyk trwa nadal. Co ciekawe przez kilka pierwszych miliardów lat po Inflacji
Kosmologicznej i gwałtownym jej wyhamowaniu wciąŜ nieznacznie zwalniało, a obecnie
nieznacznie przyspiesza.

Model ułatwiający zrozumienie koncepcji rozszerzającego się Wszechświata. Odległości między
bliskimi galaktykami nie zmieniają się, nie rozszerza się teŜ Układ Słoneczny. Rozszerzanie
następuje na wielkich pustkowiach między gromadami galaktyk.

5. Na czym polega system
GPS? Co spełnia w nim rolę
nadajnika, a co odbiornika?
Jakie są zastosowania?

GPS to Globalny Pozycjonowania System. Polega na tym, Ŝe w kaŜdej chwili do odbiornika,
który ma uŜytkownik, docierają sygnały z kilku satelitów systemu, minimum z czterech spośród
około 30. Procesor odbiornika odczytuje z sygnału dokładnie kiedy i z jakiego połoŜenia nad
Ziemią sygnał był wysłany.  Odbiornik ma wbudowany precyzyjny zegar. Z czasu  między
wysłaniem a odbiorem sygnału oblicza jak daleko  znajdował się satelita. Połączenie tych
informacji od kilku satelitów wystarcza na pomiar połoŜenia z dokładnością do kilku milimetrów.
Taką dokładność mają tylko odbiorniki wojsk USA i instytucji, które otrzymały specjalne
pozwolenie.  Zwykłe odbiorniki nie potrafią dokładnie odczytywać sygnału, bo jest zaburzany
specjalnym szumem. Ich dokładność jest najwyŜej kilkumetrowa.

Na ilustracji do niebieskiego punktu w jednej chwili docierają sygnały z ośmiu satelitów.

Zastosowania:
Do celów wojskowych, aby Ŝołnierz wiedział, gdzie dokładnie jest, do sterowania rakietami itp.
Do celów cywilnych, głównie określania własnego połoŜenia, np. podczas jazdy samochodem
Do pomiarów geodezyjnych. Do śledzenia tras wędrówek zwierząt – przymocowuje się
zwierzęciu odbiornik, który zapisuje połoŜenie zwierzęcia, po kilku miesiącach odbiornik jest
zdejmowany, a informacja odczytywana.

6. Przedstaw historię
wynajdywania coraz lepszych
przyrządów nawigacyjnych.

Przypomnę, Ŝe chodzi o kwadrant, kwadrant wstecznego patrzenia, oktant i sekstant. Szczegóły
na prezentacji.

7. Co to jest energetyka
słoneczna? Jakie są
perspektywy jej rozwoju?

Choć wiele typów elektrowni wykorzystuje energię pochodzącą ze światła słonecznego –
wiatrowe, wodne, na węgiel, gaz, ale jest to energia zamieniona juŜ w inny rodzaj energii –
energię wiatru, energię ruchu wody, energię chemiczną paliw kopalnych. Przez energetykę
słoneczną rozumiemy stosowanie urządzeń, do których trafia bezpośrednio światło słoneczne,
zamieniających energię światła na energię prądu lub ciepło.
Są dwa typy takich urządzeń stosowanych w gospodarstwach domowych oraz duŜych

elektrowniach – oparte o półprzewodnikowe ogniwa słoneczne oraz o oparte o nagrzewanie
wody. Ich wadą jest to, Ŝe nie dostarczają energii w nocy i gdy jest zachmurzenie. Elektrownie
słoneczne potrzebują duŜo miejsca, którego w Europie brak. Są za to budowane na terenach
pustyń w USA. Unia Europejska planuje budowę takich elektrowni na Saharze i przesyłanie prądu
do Europy, ale są niewielkie szanse na realizację. Jak dotąd energia elektryczna z elektrowni
opartych o ogniwa słoneczne jest droŜsza niŜ z innych. Natomiast elektrownie oparte o skupianie
ś

wiatła na zbiornikach z wodą na pomocą luster stanowią zagroŜenie dla ptaków, które biorą je za

jeziora i giną spalone światłem. Tanie i praktycznie pozbawione wad są za to kolektory słoneczne
umieszczane na dachach, ścianach budynków i podwórkach. Są to powierzchnie pokryte czarnymi
pochłaniającymi światło rurkami z wodą lub glikolem. Wodę trzeba spuścić przed zima, by
zamarzając nie rozsadziła rurek. Przy dobrej pogodzie nagrzewają wodę do temperatur bliskich
wrzenia. MoŜe być wykorzystana w pralkach, zmywarkach, do kąpieli, do ogrzewania
pomieszczeń itp.

Zdjęcie. Kolektor własnej roboty. Pomalowane na czarno miedziane rurki na czarnej,
absorbującej światło powierzchni przykryte z wierzchu szybą. Ciecz w rurkach porusza się
samoczynnie (pod wpływem ogrzania) w obiegu zamkniętym. Przepływając przez rurki w
baniaku z zimną wodą znajdującym się wewnątrz domu ogrzewa ją i uzdatnia w ten sposób do
wykorzystania.

8. Opisz następstwo pór roku w
róŜnych strefach
klimatycznych.

Klimaty równikowy – brak pór roku, pada przez cały rok zwłaszcza koło południa.
Klimat podrównikowy – pora sucha i deszczowa, im bliŜej ku zwrotnikom, tym dłuŜsza jest pora
sucha
Klimat zwrotnikowy monsunowy – lato ciepłe bardzo wilgotne, zima chłodniejsza, sucha
Klimat umiarkowany – 4 pory roku, w umiarkowanym przejściowym takim jak w Polsce - 6 pór:
przedwiośnie, wiosna, lato, jesień, przedzimie, zima
Klimat okołobiegunowy – długa zima, krótkie chłodne lato