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LICEO SCIENTIFICO e
LICEO SCIENTIFICO OPZIONE SCIENZE APPLICATE
FISICA - CLASSE QUINTA
Lo studente completerà lo studio dell’elettromagnetismo con l’induzione magnetica e le sue applicazioni, per
giungere, privilegiando gli aspetti concettuali, alla sintesi costituita dalle equazioni di Maxwell. Lo studente
affronterà anche lo studio delle onde elettromagnetiche, della loro produzione e propagazione, dei loro effetti
e delle loro applicazioni nelle varie bande di frequenza.
Il percorso didattico comprenderà le conoscenze sviluppate nel XX secolo relative al microcosmo e al macrocosmo, accostando le problematiche che storicamente hanno portato ai nuovi concetti di misura, di spazio e tempo, di massa ed energia ed alla nascita del concetto di quanto. In questo contesto saranno sviluppate, utilizzando un formalismo matematico accessibile agli studenti e ponendo sempre in evidenza i concetti fondanti, le due teorie fisiche fondamentali: la teoria della Relatività, Ristretta e Generale e la Meccanica
Quantistica. A conclusione del percorso saranno sviluppati alcuni argomenti afferenti a tematiche di fisica
moderna nel campo dell’astrofisica, della cosmologia, della fisica delle particelle, della fisica nucleare,
semiconduttori, Scienza dei Materiali.
All’inizio del percorso è previsto un consistente Ripasso ed Integrazione di argomenti relativi
all’elettrostatica ed alla magnetostatica sviluppati del quarto anno.
ARGOMENTO
Conoscenze
Abilità
Saranno svolte almeno 3 esperienze fra
• Utilizzare gli strumenti di misura per misuraquelle elencate
re tensioni elettriche, resistenze ed intensità
- Studio del freno elettromagnetico
di corrente.
- Misura del campo magnetico
all’interno di bobine
• Riconoscere i diversi tipi di errore nella mi- Circuiti logici DDL
sura di una grandezza fisica. Saper deterLaboratorio
- Equivalenza fra sistemi accelerati minare l’errore nelle misure indirette.
e gravitanti (bottiglia)
• Esprimere il risultato di una misura con il
- Utilizzo del foglio elettronico per la corretto numero di cifre significative. Saper
rappresentazione e lo studio delle utilizzare l’ordine di grandezza e la notaziocaratteristiche dei pacchetti
ne scientifica.
d’onda;
• Aver compreso il significato di esperimento
- Simulazione dell’esperimento di
mentale. (Gedankenexperiment)
Aspect
• La forza elettromagnetica indotta e le
• Descrivere esperimenti che mostrino il feInduzione eletcorrenti indotte.
nomeno dell'induzione elettromagnetica
tromagnetica • La legge di Faraday-Neumann.
• Ricavare la legge di Faraday-Neumann.
(20%)
• La legge di Lenz.
• Interpretare la legge di Lenz in funzione del
principio di conservazione dell’energia.
• La mutua induzione e l’autoinduzione.
• Applicare la legge di Faraday-Lenz
• L’induttanza.
• Circuiti RL. Analisi qualitativa e quantita- • Saper descrivere un circuito RL nella fase di
chiusura e apertura del circuito. (*)
tiva. (*)
• L’energia immagazzinata in un solenoi- • Calcolare l’energia immagazzinata nel solenoide
de.
• Densità di energia del campo magnetico. • Calcolare le variazioni di flusso di campo
magnetico
• L’alternatore.
• Calcolare correnti indotte e forze elettro mo• La corrente alternata e definizione dei
trici indotte
valori efficaci.
• Calcolare l’induttanza di un solenoide e
• Il trasformatore.
• I circuiti LC. Analisi qualitativa e quantita- l’energia in esso immagazzinata.
• Calcolare i valori delle grandezze elettriche
tiva.
efficaci.
• Analizzare e risolvere i circuiti LC.
• Confrontare risonanza meccanica e risonanza elettrica.
• Il campo elettrico indotto.
• Collegare il campo elettrico indotto e il camEquazioni di • La corrente di spostamento.
po magnetico variabile.
Maxwell e Onde • Le equazioni di Maxwell del campo elet- • Dedurre l’equazione dell’o.e. dalle E. di
elettromaMaxwell
tromagnetico.
gnetiche
1/4
(15%)
Relatività
ristretta
e generale
(25%)
Meccanica
Quantistica
(25%)
• Caratteristiche dell’equazione d’onda.
• Generazione, propagazione e ricezione
delle onde elettromagnetiche.
• Lo spettro elettromagnetico.
• L’energia trasportata da un’onda elettromagnetica.
• Relazione tra campo elettrico e campo
magnetico in un’onda elettromagnetica.
• L’effetto Doppler per le o.e.
• La polarizzazione delle onde elettromagnetiche.
• La legge di Malus.(*)
• Dimostrare che la velocità delle o.e. nel vuoto è la velocità della luce ed è invariante.
• Descrivere i meccanismi di generazione, propagazione e ricezione
delle onde elettromagnetiche.
• Distinguere le varie parti dello spettro elettromagnetico.
• Calcolare la densità di energia di un’onda
elettromagnetica
• Applicare l’effetto Doppler alle onde elettromagnetiche.
• Comprendere il concetto di polarizzazione
delle onde elettromagnetiche.
• Applicare la legge di Malus.(*)
Ripasso ed approfondimento dei seguen- • Saper applicare le equazioni per la dilatati argomenti di cinematica relativistica:
zione dei tempi, individuando correttamente
- Eventi ed osservatori
il tempo proprio e il tempo dilatato.
- I postulati della relatività ristretta:
• Saper distinguere, nel calcolo delle distanze,
il principio di relatività e il principio di
tra lunghezza propria e lunghezza contratta.
invarianza della velocità della luce.
• Saper applicare le relazioni sulla dilatazione
- L’invarianza dell’intervallo spaziodei tempi e contrazione delle lunghezze
tempo
• Utilizzare le trasformazioni di Lorentz
- La relatività del tempo e dello spazio: • Applicare la legge di addizione relativistica
dilatazione temporale e contrazione
delle velocità
delle lunghezze.
• Mettere a confronto quantità di moto relativi- Legge di addizione relativistica delle
stiche e non relativistiche.
velocità;
• Comprendere la relazione di equivalenza tra
• L’esperimento di Michelson-Morley.
massa ed energia ed applicarla nel calcolo
• Mappe spazio-tempo;
di energie o variazioni di massa.
• Il cono di luce e la sua interpretazione in • Saper risolvere semplici problemi di cinematermini di principio di causalità;
tica e dinamica relativistica
• la relatività della simultaneità
• Saper risolvere semplici problemi su urti e
• Trasformazioni di Lorentz
decadimenti di particelle: annichilazione e
• La quantità di moto relativistica.
creazione di particelle
• L’equivalenza massa-energia.
• Interpretazione relativistica di alcuni feno• L’energia cinetica relativistica.
meni astronomici: lente gravitazionale, anelli
• La velocità “limite”.
di Einstein (*)
• Il principio di equivalenza fra massa inerziale e gravitazionale.
• La curvatura dello spazio-tempo
• Effetto Doppler gravitazionale.(*)
• L’effetto fotoelettrico.
• Calcolare l’energia dei fotoni.
• L’ipotesi di quantizzazione di Planck.
• Descrivere l’effetto fotoelettrico secondo
Einstein.
• L’ipotesi del fotone e la sua energia.
• Calcolare la variazione della lunghezza
• Le caratteristiche del modello di Bohr
d’onda nell’effetto Compton.
dell’atomo di idrogeno.
• Le energie e i raggi delle orbite di Bohr. • Descrivere la dualità onda-corpuscolo.
• Lo spettro a righe dell’atomo di idrogeno. • Calcolare la lunghezza d’onda di de Broglie
associata a una particella.
• La lunghezza d’onda di de Broglie e
l’interpretazione delle regole di quantiz- • Applicare il principio di indeterminazione di
Heisenberg.
zazione dell’atomo di Bohr.
• La quantità di moto di un fotone e l’effetto
Compton.
• L’interferenza fra elettroni
• La dualità onda-corpuscolo.
• Il principio di indeterminazione di Heisenberg.
• Stati indipendenti e stati Entangled (*)
• Esperimento di Aspect con fotoni Entangled e sua interpretazione mediante la
disuguaglianza di Bell (*)
2/4
• La struttura del nucleo: numero atomico • Applicare la legge del decadimento radioatFisica nucleare e e numero di massa.
tivo per il calcolo delle diverse grandezze
particelle ele- • L’unità di massa atomica.
che in essa compaiono.
mentari
• Applicare la legge del decadimento radioat• L’interazione nucleare forte.
(15%)
tivo nella datazione
• L’energia di legame per nucleone.
di reperti.
• Fissione e Fusione nucleare
•
Distinguere le reazioni nucleari spontanee
• Decadimenti radioattivi α, β, γ.
dalle reazioni nucleari indotte.
• La legge del decadimento radioattivo.
• Il neutrino. (*)
• Distinzione fra Bosoni e Fermioni (principio di esclusione di Pauli) (*)
• La classificazione delle particelle. (*)
(*) Gli argomenti sono facoltativi.
Valutazione
La valutazione è parte integrante della programmazione didattica in quanto fornisce i dati per guidare e migliorare il processo di insegnamento-apprendimento; i parametri disciplinari su cui essa si basa sono: conoscenza dei contenuti affrontati, capacità di analisi di un fenomeno fisico e coerenza nella scelta del modello,
competenza nell’ analizzare e costruire grafici, ordine e chiarezza concettuale nell’esporre gli aspetti teorici,
correttezza nell’applicazione delle procedure risolutive e completezza delle soluzioni, capacità di sintesi e
corretto utilizzo del linguaggio specifico. Lo studente inoltre deve saper condurre un esperimento in gruppo e
realizzare una relazione di laboratorio.
Si eseguiranno almeno due verifiche scritte per quadrimestre con esercizi e problemi e almeno un colloquio, dove si chiederanno sia aspetti teorici che quelli applicativi. Nella valutazione confluirà anche
l’interesse e la partecipazione alle lezioni e alle attività di laboratorio, l’impegno nello studio ed il regolare
svolgimento dei compiti assegnati per casa.
Il voto dello scrutinio è unico e lungi dall’essere una media aritmetica delle valutazioni parziali, terrà conto
in maniera ponderale delle varie risultanze, dell’impegno e della partecipazione nonché del processo di apprendimento nel suo divenire.
La valutazione delle prove scritte è generalmente ottenuta con un procedimento a due fasi:
1. l'attribuzione di un punteggio sulla base di una tabella analitica delle soluzioni degli esercizi proposti che
tiene conto essenzialmente delle difficoltà cognitive e della tipologia degli errori;
2. l'attribuzione del voto a ciascun studente in base al punteggio ottenuto tenendo conto anche dei risultati
complessivi della classe.
GRIGLIA DI VALUTAZIONE
Voto
Lo studente dimostra di avere conoscenze frammentarie e lacunose e/o commette gravi
errori; presenta difficoltà a completare le applicazioni di base o denota scarsa coerenza
nel descrivere i vari fenomeni fisici; commette errori nell'applicazioni delle proprietà matematiche e/o non utilizza correttamente i vari termini scientifici.
Lo studente dimostra di avere conoscenze superficiali ed incomplete e commette molti
errori; presenta difficoltà a completare alcune applicazioni di base e/o sa descrivere solo alcuni fenomeni fisici; fa confusione nell'applicazione di qualche proprietà matematica
e/o nell’utilizzo della terminologia scientifica.
Lo studente dimostra di possedere conoscenze parziali e/o commette qualche errore
nelle applicazioni standard; denota difficoltà a completare gli esercizi e/o a condurre
autonomamente la descrizione di un fenomeno fisico; evidenzia incertezze nell'applicazione di alcune proprietà matematiche e/o nell’utilizzo del linguaggio scientifico.
Lo studente dimostra di conoscere i vari argomenti; esegue le applicazioni standard ma
denota incertezze nell'affrontare le parti più impegnative; evidenzia qualche intuizione
e/o sa descrivere i fenomeni fisici studiati seppur con alcune imprecisioni; conosce ed
utilizza correttamente le strutture essenziali della matematica e del linguaggio scientifico.
Lo studente dimostra di avere conoscenze puntuali; esegue con una sicurezza le applicazioni di media difficoltà ma denota qualche incertezze nell'affrontare punti più complessi; evidenzia capacità intuitive e sa descrivere i fenomeni fisici affrontati con qualche imprecisione; conosce ed utilizza correttamente le proprietà matematiche ed il lin3/4
1- 2-3
4
5
6
7
guaggio scientifico anche se non completa le parti più impegnative.
Lo studente dimostra di avere buone conoscenze nelle varie parti del programma; evidenzia capacità intuitive e logiche nell'effettuare deduzioni e ragionamenti di una certa
complessità anche se con qualche imperfezione; sa effettuare correttamente la descrizione di un fenomeno fisico non particolarmente complesso; conosce ed applica correttamente e completamente le varie procedure matematiche ed utilizza correttamente il
linguaggio scientifico.
Lo studente dimostra di avere ottime conoscenze nelle varie parti del programma e sa
operare collegamenti; evidenzia capacità intuitive e logiche nell'effettuare deduzioni e
ragionamenti complessi; ha effettuato approfondimenti personali di rilievo; sa esprimere
riflessioni ponderate e personali sul testo proposto; sa effettuare correttamente la descrizione fenomeno fisico complesso; sceglie e applica con sicurezza le varie procedure
matematiche denotando ottime capacità di sintesi ed utilizza consapevolmente, denotando eleganza formale, il linguaggio scientifico.
4/4
8
9-10