Fisica I-II anno scientifico, scienze applicate
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Anno Scolastico 2016-2017 PROGRAMMAZIONE PER IL PRIMO BIENNIO adottata dal Dipartimento Disciplinare di Matematica, Fisica e Informatica sulla base delle Indicazioni Nazionali per i Licei (D.P.R. n. 211 del 7 ottobre 2010) FISICA dei seguenti Indirizzi Liceali: - Liceo Scientifico - Liceo Scientifico opzione Scienze Applicate I docenti della disciplina 1 PRIMO BIENNIO OBIETTIVI GENERALI L’insegnamento di fisica nel biennio del liceo scientifico e del liceo scientifico opzione scienze applicate, attraverso l’acquisizione delle metodologie e delle conoscenze proprie della disciplina, deve concorrere alla formazione della personalità dell’allievo, favorendo lo sviluppo di una cultura tale da consentire una comprensione critica e propositiva della realtà e costruire una solida base per la formazione di una personalità polivalente e flessibile. FINALITÀ GENERALI Le finalità del corso fisica, in stretto raccordo con le altre discipline scientifiche, come indicato nei Piani di Studio, sono di sviluppare: 1. l’attitudine a cogliere e ad apprezzare l’utilità del confronto di idee e dell’organizzazione del lavoro; 2. l’abitudine ad un lavoro organizzato come mezzo per ottenere risultati significativi; 3. l’atteggiamento critico nei confronti delle informazioni incontrollate e delle immagini della scienza che ci vengono presentate; 4. la capacità di analizzare un fenomeno complesso, scomponendolo in elementi più semplici, e la capacità di ricomporre gli elementi, sapendone vedere le interazioni; 5. la capacità progettuale di fronte ai problemi; 6. la capacità di osservare in modo sistematico, di raccogliere dati e di esaminarli criticamente; 7. la capacità operativa manuale utile non solo in laboratorio, ma anche nella vita quotidiana; 8. la consapevolezza della possibilità di descrivere in termini scientifici molti eventi osservabili anche al di fuori dei laboratori scolastici; 9. la comprensione dell’utilità di formulare una legge empirica oppure un’ipotesi e della necessità di valutarne il grado di attendibilità attraverso una verifica; 10. la comprensione del rapporto tra fatti empirici e loro interpretazione modellistica e dell’utilità operativa e dei limiti dei modelli interpretativi. FINALITÀ SPECIFICHE Alla fine del biennio gli studenti dovranno essere in grado di: 1. eseguire in modo corretto semplici misure con chiara consapevolezza delle operazioni effettuate, raccogliendo, ordinando e rappresentando graficamente i dati ricavati; 2. saper descrivere chiaramente, anche per mezzo di schemi, le apparecchiature e le procedure usate; 3. valutare gli ordini di grandezza e le approssimazioni dei dati sperimentali, mettendo in evidenza l'incertezza associata alle misure, confrontando anche i dati raccolti con quelli provenienti da altri gruppi di lavoro o da fonti esterne; 4. individuare relazioni tra due variabili misurate e valutare i limiti di validità delle corrispondenti leggi empiriche; 2 5. controllare più variabili e, in qualche caso semplice, comprendere il procedimento per stabilire relazioni tra esse; 6. acquisire una prima comprensione del modo di organizzarsi di una teoria scientifica con i due momenti di formulazione di ipotesi unificanti ed esplicative e di verifica delle loro conseguenze; 7. utilizzare semplici modelli esplicativi per la descrizione e l’interpretazione di fenomeni complessi, comprendendone l’utilità e i limiti; 8. arrivare, in qualche semplice caso, alla formulazione di ipotesi e di modelli fondati e verificabili. Trarre semplici deduzioni teoriche e confrontarle con i risultati sperimentali. INDICAZIONI METODOLOGICHE Dal punto di vista didattico, nelle singole classi, il lavoro viene realizzato avendo sempre presente come principio di base il metodo della scoperta e della ricerca autonoma, guidata ma non imposta dall’insegnante, portando quindi gli studenti ad acquisire un corretto metodo di indagine atto a sviluppare creatività, spirito d’osservazione e atteggiamento critico di fronte a qualsiasi problema. In pratica il lavoro viene articolato secondo i seguenti punti: 1. osservazione; 2. formulazione di ipotesi; 3. proposta e progettazione di esperienze semplici, ma allo stesso tempo significative; 4. analisi dei dati sperimentali ottenuti e loro interpretazione nell'ambito e nei limiti delle ipotesi formulate; 5. costruzione di modelli; 6. controllo sperimentale della validità di un modello. In concreto, ha una forte incidenza il lavoro sperimentale eseguito, quando possibile, direttamente dagli allievi, nel laboratorio di fisica. Con il lavoro di gruppo e mediante l’uso di strumenti che, dal punto di vista tecnico, sono il meno sofisticato possibile, si educano i ragazzi a riconoscere l’importanza dell’ordine e della serietà nel lavoro, e si forniscono loro autonomia e sicura manualità. Le esperienze tuttavia sono utili solo se, pur con lavoro di gruppo, diventano conquista del singolo: a questo scopo sono molto importanti le osservazioni personali, le ipotesi, i passaggi logici per le interpretazioni dei fenomeni. In pratica quindi la lezione è un continuo alternarsi di esperienze e di momenti di discussione in cui si cerca di educare gli allievi ad ascoltarsi, a criticarsi ed a ricercare le conclusioni più ragionevoli, sempre sotto la guida dell’insegnante. Oltre al libro di testo in adozione, si fa uso di dispense didattiche. Viene resa obbligatoria la tenuta di un quaderno di appunti personale per sollecitare gli allievi a tenere una traccia chiara, sintetica, completa di tutto quello che si fa a scuola: ciò consente agli studenti di ricostruire quando vogliono con i loro dati e le loro osservazioni un intero esperimento, l’ambito e le motivazioni che lo hanno determinato. A casa i ragazzi devono riordinare e meditare su ciò che hanno appreso a scuola e svolgere gli esercizi di consolidamento assegnati. MODALITÀ DI VERIFICA E VALUTAZIONE La verifica della preparazione e la valutazione del profitto avvengono con i seguenti criteri: 1. Continuamente con brevi, ma frequenti "interrogazioni", che possono essere anche soltanto una proposta da parte dell’allievo per una esperienza o un’osservazione opportuna che mette in luce quanto egli ha compreso del significato di ciò che si sta facendo. 3 2. Relazioni individuali scritte successive ad una o più prove svolte in laboratorio. 3. Valutazione del quaderno di appunti, facendo particolare attenzione alla valutazione di tipo formativo. Gli errori commessi dagli allievi durante il processi di apprendimento potranno così fornire preziose indicazioni per diversificati interventi didattici, finalizzati anche all'attività di sostegno. 4. Elaborazione scritta di questionari e problemi da risolvere tramite i concetti e la metodologia acquisita: questi elaborati costituiscono la premessa ad una discussione in classe che permette all’insegnante di valutare le conoscenze, le capacità di rielaborazione personale e di ragionamento dei singoli alunni. 5. Si ritiene anche importante l’evoluzione della capacità dell’allievo di dare il suo apporto personale al lavoro di laboratorio e di comunicare verbalmente ragionamenti e risultati. COMPETENZE GENERALI 1. Osservare e identificare fenomeni. 2. Formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi. 3. Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. 4. Fare esperienza e rendere ragione del significato dei vari aspetti del metodo sperimentale. 5. Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società. ARTICOLAZIONE DEI CONTENUTI Si precisa che la seguente programmazione è suscettibile di eventuali modifiche da parte del Dipartimento o del singolo docente, anche nel corso dell’anno scolastico se, alla luce dell’esperienza nelle classi, lo si riterrà opportuno. Ogni docente stabilirà quali e quante esperienze di laboratorio trattare, tenendo conto delle esigenze della singola classe e della disponibilità del laboratorio. 4 CLASSE PRIMA Unità didattica 1: Le grandezze fisiche e la loro misura Periodo: Settembre/Ottobre Contenuti Contenuti irrinunciabili: Metodo sperimentale Grandezze fisiche e Sistema Internazionale Intervallo di tempo, lunghezza e area Le cifre significative La notazione scientifica L’ordine di grandezza Strumenti di misura Valore medio e incertezza di una misura Errore assoluto, relativo e percentuale Propagazione degli errori nelle misure indirette Struttura di una relazione scientifica Contenuti opzionali: Abilità Utilizzare multipli e sottomultipli Utilizzare la notazione scientifica Effettuare misure dirette e indirette Calcolare l’errore assoluto e l’errore percentuale sulla misura di una grandezza Valutare l’attendibilità del risultato di una misura Verificare la compatibilità di due o più misure Data una formula saper ricavare una formula inversa Competenze 1, 4 Esperienze di laboratorio Misura del perimetro di un banco Misura del periodo di un pendolo Competenze 1, 4 Esperienze di laboratorio Misure di volume per immersione in acqua La bilancia a bracci uguali La conservazione della massa e la non additività del volume La densità di un metallo incognito Unità didattica 2 : Volume, massa, densità Periodo: Ottobre Contenuti Contenuti irrinunciabili: Definizione di volume e sue unità di misura Definizione operativa di massa e sue unità di misura La bilancia a bracci uguali Legge di conservazione della massa Definizione di densità Contenuti opzionali: Abilità Calcolare il volume di solidi regolari Misurare i volumi di corpi irregolari per spostamento d’acqua Utilizzare la bilancia a braccia uguali Utilizzare la formula della densità e le sue formule inverse Utilizzare le tabelle di densità Verificare la non additività del volume Unità didattica 3: Strumenti matematici e la rappresentazione di dati e fenomeni Periodo: Novembre Contenuti Contenuti irrinunciabili: Tabelle, grafici e formule per rappresentare un fenomeno Rappresentazione grafica dei dati sperimentali Relazioni fra grandezze (proporzionalità diretta, inversa, quadratica, correlazione lineare) Abilità Lavorare con i grafici cartesiani Data una formula o un grafico, riconoscere il tipo di legame che c’è fra due variabili Contenuti opzionali: Competenze 1, 3, 4 Esperienze di laboratorio Costruzione di tabelle e grafici con Excel 5 Unità didattica 4: Le grandezze vettoriali Periodo: Dicembre/Gennaio Contenuti Contenuti irrinunciabili: Definizione di grandezze vettoriali e grandezze scalari Operazioni con vettori Seno, coseno e tangente Componenti cartesiane di un vettore Abilità Dati due vettori, disegnare il vettore somma e differenza Applicare la regola del parallelogramma e del punta-coda Scomporre un vettore e calcolare le sue componenti Sommare e sottrarre vettori per componenti Date le componenti calcolare modulo e angolo di un vettore Competenze 1,3 Esperienze di laboratorio La regola del parallelogramma con dinamometri Competenze 1, 2, 3, 4 Esperienze di laboratorio Taratura di una molla Misura del coefficiente di attrito statico Competenze 1, 2, 3, 4, 5 Esperienze di laboratorio Esperienze con vasi comunicanti e tubi a U Esperienze con bottiglie forate e “botte di Pascal” Comportamenti dei liquidi legati alla pressione atmosferica Esperienza di Torricelli Esperienze con la campana a vuoto Spinta di Archimede in liquidi e gas Contenuti opzionali: Unità didattica 5: Le forze e l’equilibrio Periodo: Febbraio Contenuti Contenuti irrinunciabili: Alcune proprietà delle forze La forza peso La forza vincolare La forza elastica La legge di Hooke L’attrito statico e dinamico La forza di primo distacco Punto materiale e corpo rigido L’equilibrio statico di un punto materiale L’equilibrio su un piano inclinato Abilità Utilizzare il dinamometro Applicare la legge degli allungamenti elastici Scomporre il peso sul piano inclinato Calcolare la forza di attrito Usare la condizione di equilibrio statico per dedurre tutte le forze applicate Utilizzare il diagramma di corpo libero per risolvere problemi di equilibrio Contenuti opzionali: L’equilibrio di un corpo rigido Il momento di una forza Le leve Il baricentro Unità didattica 6: L’equilibrio dei fluidi Periodo: Marzo/Aprile Contenuti Contenuti irrinunciabili: Definizione di pressione Diverse unità di misura della pressione Legge di Stevino Vasi comunicanti, tubi a U Principio di Pascal Esperimento di Torricelli Pressione atmosferica Principio di Archimede Galleggiamento dei corpi Abilità Calcolare la pressione di un fluido Applicare la legge di Stevino Equivalenze tra diverse unità di misura della pressione Leggere un barometro Calcolare la spinta di Archimede Prevedere il comportamento di un solido immerso in un fluido (es. spiegare il comportamento 6 del diavoletto di Cartesio) Utilizzare il peso e il peso apparente di un corpo totalmente immerso in un fluido per determinare la densità del corpo Contenuti opzionali: Unità didattica 7: Calore e temperatura Periodo: Aprile/Maggio Contenuti Contenuti irrinunciabili: Scale termometriche Il calore e le sue unità di misura Equilibrio termico Calore specifico e capacità termica La legge fondamentale della calorimetria Stati della materia e cambiamenti di stato I punti fissi delle sostanze Calore latente Abilità Identificare i punti fissi nel grafico temperatura-calore Applicare la legge fondamentale della calorimetria per calcolare le quantità di calore scambiate Determinare la temperatura di equilibrio di due sostanze a contatto termico Calcolare il calore latente Tarare un termoscopio Interpretare grafici di riscaldamento e raffreddamento di sostanze diverse Saper misurare il calore specifico di un solido Competenze 1, 2, 3, 4, 5 Esperienze di laboratorio Taratura del termoscopio Punti fissi delle sostanze Mescolanze e raggiungimento dell’equilibrio termico (masse uguali e masse diverse) Misura del calore specifico di un metallo incognito Contenuti opzionali: Dilatazione termica Conduzione, convezione, irraggiamento 7 CLASSE SECONDA Unità didattica 8: Introduzione all’energia Periodo: Settembre/Ottobre Contenuti Contenuti irrinunciabili: Energia potenziale gravitazionale Energia cinetica Energia potenziale elastica Energia meccanica e sua conservazione Abilità Valutare l’energia potenziale e l’energia cinetica di un corpo Descrivere le trasformazioni di energia da una forma a un’altra Applicare la conservazione dell’energia meccanica per risolvere problemi sul moto Competenze 1, 2, 3, 4, 5 Esperienze di laboratorio Calore prodotto in cadute frenate verticali e oblique Calore prodotto in cadute con velocità finale Calore prodotto in cadute con molle Competenze 2, 3 Esperienze di laboratorio Competenze 1, 2, 3, 4, 5 Esperienze di laboratorio Uso rotaia a cuscino d’aria con marcatempo Uso rotaia con acquisizione dati computerizzata Moto rettilineo uniforme Moto uniformemente accelerato Piano inclinato Caduta libera, tubo di Newton Caduta in aria Contenuti opzionali: Unità didattica 9: Energia e lavoro Periodo: Ottobre/Novembre Contenuti Contenuti irrinunciabili: La definizione di lavoro La definizione di potenza e sue unità di misura Definizione di macchina e di rendimento L’enunciato del teorema dell’energia cinetica Contenuti opzionali: Abilità Calcolare il lavoro di una o più forze costanti Applicare il teorema dell’energia cinetica Unità didattica 10: Il moto rettilineo Periodo: Dicembre/Gennaio Contenuti Contenuti irrinunciabili: Definizione di velocità media e accelerazione media, velocità istantanea e accelerazione istantanea Segno della velocità e dell’accelerazione Differenza tra moto rettilineo uniforme e moto uniformemente accelerato La legge oraria del moto rettilineo uniforme Le leggi del moto uniformemente accelerato Accelerazione di gravità Caduta libera, effetto della resistenza dell’aria sulla caduta libera Abilità Calcolare grandezze cinematiche mediante le rispettive definizioni Applicare la legge oraria del moto rettilineo uniforme Applicare le leggi del moto uniformemente accelerato Calcolare grandezze cinematiche con metodo grafico Studiare il moto di caduta libera Studiare le leggi che regolano il moto sul piano inclinato Saper utilizzare un marcatempo e saper costruire i grafici del moto a partire dai punti su una striscia Saper interpretare grafici posizione-tempo, velocitàtempo e accelerazionetempo ottenuti con presa 8 dati on-line per moto su rotaia a cuscino d’aria e per moto di caduta libera Saper ricavare la legge oraria del moto dal diagramma spazio-tempo Contenuti opzionali: Unità didattica 11: Le leggi della dinamica Periodo: Febbraio/Marzo Contenuti Contenuti irrinunciabili: Contenuti irrinunciabili: Definizione di inerzia Sistemi di riferimento inerziali e non inerziali Principio di relatività galileiano Prima legge della dinamica Seconda legge della dinamica Terza legge della dinamica Contenuti opzionali: Abilità Distinguere moti in sistemi inerziali e non inerziali Proporre esempi di applicazione dei tre principi della dinamica Competenze 1, 2, 3, 4, 5 Esperienze di laboratorio Esperienze sulla seconda legge della dinamica con la rotaia Unità didattica 12: Il legame tra le leggi della dinamica, energia e lavoro Periodo: Aprile Contenuti Contenuti irrinunciabili: Energia meccanica, energia cinetica, energia potenziale e il lavoro La conservazione dell’energia meccanica Abilità Individuare il lavoro come prodotto scalare di forza e spostamento Interpretare graficamente il lavoro Individuare le procedure per calcolare il lavoro totale compiuto da più forze Rappresentare il legame tra lavoro ed energia, e mettere in relazione il lavoro con le diverse forme di energia Formalizzare il teorema dell’energia cinetica Esprimere i concetti di forza conservativa e non conservativa Formulare la conservazione dell’energia meccanica Applicare la conservazione dell’energia meccanica nella soluzione dei problemi Ragionare in termini di energia dissipata e lavoro compiuto da forze non conservative Competenze 2, 3 Esperienze di laboratorio La conservazione dell’energia meccanica con la rotaia (continuazione dell’esperienza sulla seconda legge). 9 Unità didattica 13: La luce Periodo: Maggio Contenuti Contenuti irrinunciabili: Le leggi della riflessione su specchi piani e curvi Conoscere la differenza tra immagine reale e immagine virtuale Le leggi della rifrazione della luce Che cos’è l’angolo limite Abilità Applicare le leggi della rifrazione e della riflessione Costruire graficamente l’immagine di un oggetto dato da uno specchio o da una lente Contenuti opzionali: La differenza fra lenti convergenti e lenti divergenti Definizione di ingrandimento di uno specchio e di una lente L’occhio Gli strumenti ottici Applicare la legge dei punti coniugati a specchi curvi e a lenti Calcolare l’ingrandimento di uno specchio o di una lente Competenze 1, 2, 3, 4, 5 Esperienze di laboratorio Riflessione della luce Rifrazione della luce Costruzione di immagini con specchi e lenti 10 GRIGLIA DI VALUTAZIONE DELLA PROVA SCRITTA Indicatori CONOSCENZE COMPETENZE CAPACITA’ Descrittori Dimostrare di conoscere i concetti, le regole necessarie per la soluzione degli esercizi proposti e il linguaggio formale. Saper interpretare correttamente il testo degli esercizi proposti. Saper fornire una stesura del procedimento risolutivo in forma chiara, rigorosa e completa Saper utilizzare le procedure con correttezza di calcolo Organizzazione e utilizzazione di conoscenze e abilità per analizzare, scomporre e elaborare Scelta di procedure ottimali Livelli di valutazione Punti Ottime/Buone Sufficienti/Discrete Insufficienti Grav. Insufficienti Ottime/Buone Sufficienti/Discrete Insufficienti 4 3 2 1 3 2 1 Ottime/Buone Discrete/Sufficienti Insufficienti 3 2 1 Voto assegnato 11 GRIGLIA PER LA VALUTAZIONE DELLA PROVA ORALE OBIETTIVI CONOSCENZE DISCIPLINARI COMPETENZE LINGUISTICO ESPRESSIVE CAPACITA’ DI ANALISI SINTESI E COLLEGAMENTO DESCRITTORI GIUDIZIO PUNTI Conoscenza lacunosa e frammentaria Conoscenza essenziale, un po’ frammentaria Conoscenza completa degli argomenti trattati Conoscenza completa, approfondita e coordinata Insufficienti 1 Sufficiente 2 Discrete – Buone 3 Ottime 4 Linguaggio non appropriato, scarsa capacità argomentativa Linguaggio semplice ma abbastanza corretto Linguaggio appropriato con capacità argomentative Insufficienti 1 Sufficienti – Discrete 2 Analisi parziali, sintesi e collegamenti parziali, limitati e imprecisi Analisi guidata sostanzialmente corretta, sintesi e collegamenti corretti se guidati Analisi, sintesi e collegamenti completi, corretti e autonomi 3 Buone - Ottime Insufficienti Sufficienti – Discrete 1 2 3 Buone - Ottime Voto assegnato 12 GRIGLIA DI VALUTAZIONE PER LA PROVA PRATICA Indicatori Descrittori Dimostrare di conoscere le regole necessarie CONOSCENZE per effettuare un’esperienza assegnata Dimostrare di conoscere le leggi e i principi fondamentali implicati nell’esperienza COMPETENZE Saper interpretare correttamente lo scopo di CAPACITA’ un’esperienza di laboratorio Saper fornire una stesura del procedimento di un esperimento in forma chiara e appropriatamente rappresentata Saper utilizzare il lessico specifico, la simbologia appropriata con correttezza di calcolo Saper applicare consapevolmente le conoscenze sull’uso della strumentazione di laboratorio Mostrare di possedere capacità di osservazione, logiche ed espressive, di elaborazione personale e originale nell’ambito di procedimenti sperimentali Mostrare di saper collaborare in un gruppo di lavoro Livelli di valutazione Punti Fino a Insufficienti 1 Sufficienti/Discrete 2 Buone/Ottime 3 Grav. Insufficienti 1 Insufficienti 2 Sufficienti/Discrete 3 Buone/Ottime 4 Insufficienti 1 Sufficienti/Discrete 2 Buone/Ottime 3 Voto assegnato /10 13
