Liceo scientifico " B.Cavalieri " Verbania PROGRAMMA DI FISICA Classe : 5^A Scientifico Anno Scolastico 2015/2016 Testo: Ugo Amaldi "L'Amaldi per i licei scientifici.blu" Vol 2° e vol 3° Ed. Zanichelli Ripasso: Cap 18: La carica elettrica e la legge di Coulomb; Cap 19: Il campo elettrico; Cap. 20 Il potenziale elettrico. Cap 25: Fenomeni magnetici fondamentali Magneti naturali, forze fra poli magnetici, definizione di campo magnetico e vettore B, campo magnetico terrestre, linee di campo magnetico, confronto fra campo elettrico e magnetico. Forze fra magneti e correnti: esperienza di Oersted, campo magnetico generato da un filo percorso da corrente (modulo:legge di Biot e Savart, direzione e verso di B: regola mando destra). Esperienza di Faraday ( forza magnetica su un filo percorso da corrente: modulo, direzione e verso: regola mano destra o regola mano sinistra); intensità (modulo) di B con l’uso della forza magnetica e sua unità di misura. Forze fra correnti e legge di Ampère, definizione delle ampère. Campo magnetico di una spira e di un solenoide. Motore elettrico, momento della forza su una spira e momento magnetico della spira. Cap 26: Il campo magnetico Forza di Lorentz e la sua azione su una carica in moto. Forza elettrica e magnetica: selettore di velocità. Moto di una carica in un campo magnetico uniforme con velocità perpendicolare a B: calcolo del raggio della traiettoria e del periodo. Moto di una carica con velocità obliqua in un campo magnetico B uniforme e cenni a fasce di van Allen e alle aurore boreali. Valore della carica specifica dell'elettrone e/m ed esperimento (moderno) di Thomson. Spettrografo di massa. Definizione del flusso di B e teorema di Gauss per il magnetismo e ripasso teorema di Gauss per elettrostatica. Circuitazione di B e Teorema di Ampère. Cenni a proprietà magnetiche sostanze. Le equazioni di Maxwell in elettrostatica e magnetostatica. Cap 27: L'induzione elettromagnetica Esperienze relative al fenomeno dell' induzione elettromagnetica, corrente indotta e f.e.m. indotta. La legge di Faraday- Neumann e sua espressione. La legge di Lenz. Le correnti di Faucoult. Autoinduzione e grafici relativi, definizione e dimostrazione (pag.967) dell' induttanza di un circuito e sua unità nel S.I., legge di F-NL per l'autoinduzione. Mutua induzione (cenno). Energia e densità di un campo magnetico. Alternatore (struttura e funzionamento), calcolo della f.e.m. alternata e della corrente alternata. Valore efficace della f.e.m e della corrente. Il trasformatore: struttura, rapporto di trasformazione, trasformazione delle correnti, impiego, trasporto c.a. Acceleratori di particelle: il Linac e il ciclotrone. Cap 28: Le equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche Il campo elettrico indotto, calcolo della sua circuitazione. Paradosso di Ampère, il termine mancante e calcolo della corrente di spostamento. Le equazioni di Maxwell nel caso generale, loro significato e conseguenze, il campo elettromagnetico. Le onde elettromagnetiche, loro genesi, velocità della luce. Le onde elettromagnetiche piane, profilo spaziale e temporale dell'onda, ricezione delle onde elettromagnetiche (cenno), energia e intensità delle onde elettromagnetiche. Polarizzazione (cenno). Lo spettro elettromagnetico. 1 Cap. 29: La relatività dello spazio e del tempo Il valore numerico della velocità della luce, incompatibilità tra le trasformazioni di Galileo e l'elettromagnetismo classico. Esperimento di Michelson e Morley: apparato sperimentale, analisi e risultato. Assiomi della relatività ristretta. Simultaneità: concetto e definizione operativa, relatività della simultaneità. La dilatazione dei tempi: sincronizzazione degli orologi, misura di un intervallo di tempo, dilatazione dei tempi e intervallo proprio, paradosso dei due gemelli. Simboli γ e β . La contrazione delle lunghezze poste nella direzione di moto relativo, la lunghezza propria, conferma sperimentale. Invarianza delle lunghezze perpendicolari al moto relativo. Traformazioni di Lorentz (cenno) e loro confronto con quelle di Galileo. Cap 30: La relatività ristetta Evento, intervallo invariante in fisica classica e in relatività. Intervallo invariante tipo tempo, tipo spazio e tipo luce. Lo spazio-tempo e intervallo invariante. Equivalenza tra massa ed energia e quantità di moto della luce, cenno alla PET. Energia totale, energia cinetica relativistica, massa relativistica e cenno alla quantità di moto relativistica. Effetto Doppler relativistico (cenno). Cap 31: La relatività generale Il problema della gravitazione: proporzionalità tra massa inerziale e massa gravitazionale, equivalenza tra caduta libera e assenza di peso, equivalenza tra accelerazione e forza peso. Princìpi della relatività generale: principio di equivalenza e principio di relatività generale. Conferme sperimentali (pag.1138): deflessione gravitazionale della luce e lenti gravitazionali, buchi neri, redshift gravitazionale, dilatazione gravitazionale dei tempi, onde gravitazionali. Cap 32: La crisi della fisica classica Il corpo nero, legge dello spostamento di Wien e curva sperimentale, confronto con la curva teorica e catastrofe ultravioletta, l'ipotesi di Planck. Conferma sperimentale dell'esistenza dei quanti: effetto fotoelettrico ed effetto Compton. Effetto fotoelettrico: apparato sperimentale, curve sperimentali, potenziale d'arresto, incongruenza con l'elettromagnetismo classico, quantizzazione delle luce secondo Einstein e spiegazione dell'effetto fotoelettrico. Effetto Compton: apparato e curva sperimentale, interpretazione e legge. Esperimento di Millikan: apparato sperimentale, analisi dell'esperimento e quantizzazione della carica elettrica e carica dell'elettrone. Spettro dell'atomo di idrogeno, formula di Balmer, serie spettrale di Balmer, Lyman e Paschen. Cenno al modello di J.J. Thomson e all'esperimento di Rutherford. Risultato dell'esperimento di Rutherford: modello planetario, calcolo dell'energia totale di una carica in moto circolare uniforme (atomo di idrogeno), incongruenza con l'elettromagnetismo classico. Modello di Bohr per l'atomo: 1° e 2° postulato. Orbite permesse per l'idrogeno: quantizzazione del momento angolare. Livelli energetici di un elettrone nell'atomo di idrogeno (calcolo del raggio dell'orbita e dell'energia relativa). Energia di legame di un elettrone, Giustificazione dello spettro dell'idrogeno con l'uso del 2° postulato. Principio di esclusione di Pauli. Cap 33: La fisica quantistica Le proprietà ondulatorie delle materia: dualismo onda-particella, , lunghezza d'onda di de Broglie. Principio di indeterminazione di Heisenberg nelle due forme. Le onde di probabilità: Equazione di Schrӧdinger, funzione d'onda e interpretazione fisica della funzione d'onda: ampiezza di probabilità, probabilità da ignoranza e probabilità quantistica. Logica a tre valori, esperimento concettuale "il gatto di Schrӧdinger". Modello atomico per atomi con più elettroni: numero quantico azimutale l, numero quantico magnetico m, numero quantico di spin s, configurazione elettronica. 2 Cap 34: La fisica nucleare Il nucleo: il protone e il neutrone, raggio del nucleo, numero atomico e di massa, isotopi, reazioni nucleari. La forza nucleare forte e grafico relativo, il difetto di massa ed energia di legame con grafico relativo (fig.5 pag.1244), stati energetici dei nuclei. Radioattività e decadimenti α, β e γ , famiglie radioattive. Legge del decadimento radioattivo, curva relativa, periodo di dimezzamento, vita media, datazione con 14C. Reazioni nucleari artificiali: fissione nucleare, centrali nucleari (schema generale), fusione nucleare, cenno a reattori a fusione (confinamento inerziale e magnetico). Particelle e loro interazioni : appunti Elementarità, particella, antiparticella. Le principali caratteristiche delle particelle: massa, carica elettrica, spin, vita media. Particelle stabili ed instabili. Interazioni nucleari: forte e debole, caratteristiche e quanti mediatori dell’ interazione forte e debole. Bosoni e fermioni. I quark: tipi di quark (sapore), colore e carica elettrica frazionaria. Confinamento dei quark. Modello Standard delle forze e delle particelle, particella di Higgs. Al di là del Modello Standard (cenni). Verbania, 03/06/2016 L'insegnante Rosalba Pironi Gli studenti 3