LICEO STATALE “A. SERPIERI”-RIMINI
PROGRAMMA DEFINITIVO DI FISICA
Classe 5D Scientifico Opzione Scienze Applicate
Anno Scolastico 2015/2016
Professoressa Pellegrini Cinzia
Programma effettivamente svolto fino al 15 Maggio 2016
Ripasso: Cariche elettriche, forze e campi: la legge di Coulomb, costante dielettrica del vuoto e
costante dielettrica relativa. Il campo elettrico: il concetto di campo vettoriale, il campo elettrico e
linee di campo, campo generato da cariche puntiformi, condensatori e campi uniformi, flusso del
campo elettrico e teorema di Gauss, campo elettrico di un condensatore. Potenziale elettrico ed
energia potenziale elettrica: lavoro del campo elettrico ed energia potenziale elettrica, potenziale
elettrico, circuitazione del campo elettrico e conservatività del campo elettrico, conservazione
dell’energia nel campo elettrico, capacità di un condensatore, condensatori in serie ed in parallelo,
energia immagazzinata in un condensatore, moto delle cariche nel campo elettrico. Corrente
elettrica e circuiti in corrente continua: la corrente elettrica, i generatori di tensione e la forza
elettromotrice, prima e seconda legge di Ohm, resistenza e resistività, circuiti elettrici elementari,
resistenze in serie ed in parallelo, strumenti di misurazione (Amperometro e Voltmetro), lavoro e
potenza della corrente elettrica, effetto Joule.
Corrente elettrica e circuiti in corrente continua: Processo di carica e di scarica di un condensatore
in un circuito RC.
Il campo magnetico: I magneti e le loro interazioni. Il vettore induzione magnetica o campo
magnetico: definizione operativa tramite un circuito esploratore e la forza magnetica che agisce su
di esso. Le linee di campo. Campo magnetico di un filo rettilineo (legge di Biot-Savart), di una spira
circolare (nel centro della spira e su un punto del suo asse), di una bobina e di un solenoide. Forza
magnetica su fili percorsi da corrente. Legge di Ampère per l’interazione di due fili percorsi da
corrente. Momento torcente e momento magnetico di una spira. Flusso del campo magnetico e
teorema di Gauss per il campo magnetico. Circuitazione del campo magnetico e teorema di Ampère
Il moto delle cariche elettriche nei campi magnetici: Il moto di particelle cariche nel campo
elettrico. La forza di Lorentz e il moto di particelle cariche nel campo magnetico uniforme.
Esperimento di Thomson, spettrometro di massa e effetto Hall. Il magnetismo nella materia, la
permeabilità magnetica relativa e il ciclo di isteresi magnetica.
Induzione elettromagnetica: Corrente indotta e forza elettromotrice indotta. Legge di FaradayNeumann dell’induzione elettromagnetica. Legge di Lenz. Flusso tagliato e campo elettromotore.
Autoinduzione di un circuito: induttanza di un solenoide, energia del campo magnetico e densità di
energia. Circuito LR in corrente continua. Mutua induzione. L’alternatore per la produzione di
corrente alternata. Il trasformatore.
La sintesi dell’elettromagnetismo: I teoremi di Gauss per il campo elettrostatico e il campo
magnetostatico come prima e seconda equazione di Maxwell. La legge di Faraday-Neumann-Lenz
come terza equazione di Maxwell. La quarta equazione di Maxwell: corrente di spostamento. Le
quattro equazioni di Maxwell e applicazioni delle terza e della quarta equazione. La previsione delle
onde elettromagnetiche, loro caratteristiche e loro velocità di propagazione. Produzione e ricezione
delle onde elettromagnetiche. Energia trasportata da un’onda elettromagnetica e densità di energia.
Flusso di energia elettromagnetica. Interazione tra un’onda elettromagnetica e la materia: pressione
di radiazione. Lo spettro delle onde elettromagnetiche. Polarizzazione della luce e legge di Malus.
Effetto Doppler per le onde elettromagnetiche.
La teoria della relatività ristretta: I sistemi di riferimento inerziali: le equazioni di trasformazione
galileiane per le coordinate, le velocità e l’accelerazione, gli invarianti per le trasformazioni
galileiane e il principio di relatività galileiana. Le asimmetrie dell’elettromagnetismo e l’ipotesi
dell’esistenza di un etere lumini fero. L’esperimento di Michelson e Morley e l’abbandono
dell’etere lumini fero. I due postulati della teoria della relatività ristretta e loro conseguenze: la
dilatazione degli intervalli di tempo (orologio luce, tempo proprio, paradosso dei gemelli e
conferma sperimentale a mezzo dei muoni) e la contrazione delle lunghezze (lunghezza propria). Le
equazioni di trasformazione di Lorentz: gli eventi nello spazio-tempo, la sincronizzazione degli
orologi, la relatività della simultaneità di due eventi e la dimostrazione della contrazione delle
lunghezze e della dilatazione dei tempi utilizzando le trasformazioni di Lorentz. La metrica dello
spazio-tempo: intervallo invariante e spazio di Minkowski (cenni). Composizione relativistica delle
velocità.
Elementi di relatività generale: Massa inerziale, massa gravitazionale e il principio di equivalenza
tra massa inerziale e massa gravitazionale. Esperimenti ideali per il principio di equivalenza della
relatività generale e principio di relatività generale. La curvatura dello spazio-tempo. Il red-shift
gravitazionale e la dilatazione gravitazionale dei tempi. Onde gravitazionali e loro prima rilevazione
nel settembre 2015 e cenni sui buchi neri.
La dinamica relativistica: Il principio di conservazione della quantità di moto e la massa
relativistica: l’aumento dell’inerzia in relazione alla velocità del corpo. La quantità di moto
relativistica e l’energia relativistica: equivalenza tra massa ed energia.
Cosmologia: La Via Lattea e le altre galassie. Omogeneità e isotropia dell’Universo. Teoria del Big
Bang e dell’Inflazione. Radiazione cosmica di fondo quale traccia del Big Bang. Legge di Hubble e
l’espansione dell’Universo. Red shift gravitazionale e l’effetto Doppler gravitazionale. Materia
oscura e energia oscura. Ipotesi sulla fine dell’Universo: il Big Crunch escluso dalla presenza
dell’energia oscura e il Big Rip consistente nella lacerazione dello spazio-tempo.
Fisica subatomica: (cenni nell’ambito delle lezioni di approfondimento della settimana di
rallentamento) I nuclei atomici e la scoperta della radioattività naturale. La natura dei raggi α, β e γ.
La scoperta del neutrone. Gli isotopi. La fissione nucleare e la fusione nucleare.
Rimini, lì 15 maggio 2016
Professoressa Pellegrini Cinzia
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I rappresentanti di Classe:
Dettori Gabriele
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Lugli Francesco
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Fisica Programma DOC 15 Maggio 5D