5^ liceo scientifico - sez. b

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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
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