LICEO SCIENTIFICO F. LUSSANA, DIPARTIMENTO DI MATEMATICA E FISICA
PROGRAMMAZIONE DI FISICA
a.s. 2013/14
COMPETENZE GENERALI
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acquisizione di un efficace metodo per conoscere e interpretare la realtà;
acquisizione di una metodologia di lavoro applicabile anche in molti altri campi del sapere;
acquisizione delle capacità di analisi, collegamento, astrazione e unificazione che la fisica
richiede per indagare il mondo naturale;
comprensione dell’universalità delle leggi fisiche che, dal microcosmo al macrocosmo,
forniscono una visione organica della realtà
conoscenza, in collegamento con altre discipline quali le scienze e la filosofia,
dell’evoluzione storica dei modelli di interpretazione della realtà fisica, della loro
importanza, dei loro limiti e del loro progressivo affinamento
consapevolezza dell’importanza del linguaggio matematico come strumento per la
descrizione della realtà fisica.
COMPETENZE SPECIFICHE
1 - assumere un atteggiamento problematico e di indagine di fronte ai fenomeni del modo fisico
2 - utilizzare il proprio bagaglio di conoscenze teoriche e di metodo per controllare
sperimentalmente la validità delle ipotesi che, in qualche caso, dovranno essere formulate in
maniera autonoma
Ciò significa:
2a - riconoscere, nell’ambito di alcuni semplici problemi e questioni, impostate anche in maniera
generale e astratta, quali leggi e principi generali devono essere utilizzati
2b - utilizzare principi, conoscenze e metodi per formulare previsioni qualitative e quantitative su
situazioni reali
2c - intervenire nella progettazione di qualche esperimento, riconoscendo l’importanza dei vari
momenti (d’impostazione teorica, di indicazione della precisione delle misure e della sensibilità
degli strumenti, di possibili soluzioni tecnologiche, di elaborazione e interpretazione dei dati)
3 - acquistare un quadro organico della teoria di base, riguardante un ampio campo di fenomeni
fino a costituire un’immagine consistente della disciplina nel suo complesso
4a - acquistare un livello di formalizzazione matematica essenziale, ma rigoroso, adeguato a
consentire sviluppi quantitativi nelle indagini e nelle opportune generalizzazioni
4b - servirsi, dove opportuno, delle tecniche numeriche e degli strumenti di calcolo automatico, con
la necessaria consapevolezza
5a - acquistare padronanza nei metodi di soluzione di problemi quantitativi elementari, allo scopo di
recepire con chiarezza le idee e i concetti teorici
5b - ricorrere con facilità a controlli delle procedure e delle soluzioni, mediante: valutazione degli
ordini di grandezza, verifiche dimensionali sulle formule e confronto tra i valori effettivamente
assunti dalle quantità invarianti, ai vari stadi del procedimento solutivo
6 - valutare la potenzialità e i limiti di un modello
7a - acquistare l’autonomia necessaria per reperire e utilizzare in maniera finalizzata libri, materiali
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e altre fonti di informazione come supporto al proprio lavoro
7b - prendere appunti sul contenuto di una lezione, rilevando le linee essenziali del discorso e
annotando correttamente le ipotesi di partenza, le eventuali formule, i nessi logici e le conclusioni
- esporre (sia oralmente che in forma scritta) in modo chiaro, sintetico e logicamente organizzato, i
contenuti della propria indagine ed esplicitare opinioni su temi particolarmente rilevanti, attinenti
agli argomenti del corso.
Si ritiene opportuno precisare in dettaglio due abilità richieste comunemente:
conoscere formule o leggi significa:
conoscere l'enunciato
saper ricavare le formule inverse e riconoscere la dipendenza tra le grandezze
saper rappresentare graficamente la dipendenza considerata
saper utilizzare la legge per risolvere problemi semplici
saperla interpretare fisicamente e illustrarla con esempi
saperla dedurre dove richiesto
saper risolvere problemi significa:
riconoscere l'ambito
individuare le variabili, i dati necessari ed eventuali dati sovrabbondanti
formalizzare il problema
sviluppare il procedimento con calcoli corretti usando opportunamente le unità di misura
controllare il risultato attraverso la valutazione degli ordini di grandezza e delle dimensioni.
INDICAZIONI METODOLOGICHE
L’approccio metodologico è caratterizzato da :
riconoscimento determinante dell’esperienza concreta, che si traduce nel ricorso
all’attività di laboratorio e a continui raccordi con l’esperienza;
stimolare la capacità ad analizzare situazione, porre problemi , formulare ipotesi,
prospettare soluzioni e saperle valutare.
motivare la costruzione di nuovi concetti e modelli come soluzione di problemi aperti o
per generalizzazione o analogia;
far maturare la consapevolezza che la conoscenza scientifica cresce attraverso la
costruzione di modelli;
riflessione costante sull’apprendimento e sul significato di quanto si apprende;
far svolgere esercizi significativi che favoriscono
una reale ed approfondita
comprensione di ogni singolo concetto.
VALUTAZIONE E VERIFICHE
La valutazione del profitto degli studenti, fondata su verifiche dell’attività in classe e in laboratorio
dei livelli di acquisizione degli aspetti concettuali e delle capacità operative, si basa su:
- risoluzione di problemi di varia difficoltà, per accertare sia l’acquisizione diretta dei principi, sia
la capacità di applicarli operativamente;
- test scritti per la valutazione delle conoscenze essenziali, basati su domande a risposta chiusa e a
risposta aperta;
- colloqui orali;
- impegno e partecipazione attiva mostrati sia in classe sia durante il lavoro di laboratorio
(esecuzione degli esperimenti e delle misure, elaborazione dei dati, discussione critica dei risultati).
Nelle classi a nuovo ordinamento (classi prime, seconde, terze e quarte), alla definizione del voto
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concorreranno nel primo periodo almeno due prove. Nel secondo periodo al voto finale
concorreranno almeno tre prove, non tutte della medesima tipologia, di cui almeno due, da svolgersi
entro il 29 marzo, concorreranno alla valutazione di interperiodo.
Dove è previsto il solo voto orale (classi quinte degli indirizzi linguistico e naturalistico), alla
definizione del voto concorreranno nel primo periodo almeno due prove e nel secondo periodo
almeno tre prove. Nel caso che si utilizzino prove scritte valide per l’orale, è necessario sottoporre
ad almeno una prova orale quegli studenti che avranno conseguito una valutazione
complessivamente insufficiente.
Dove sono previsti il voto scritto e il voto orale (classi quinte dell’indirizzo PNI), alla definizione
del voto concorreranno nel primo periodo due prove per lo scritto e una prova per l’orale. Nel
secondo periodo si utilizzeranno due prove per lo scritto e due prove per l’orale. Nel caso che si
utilizzino prove scritte valide per l’orale, è necessario sottoporre ad almeno una prova orale quegli
studenti che avranno conseguito una valutazione complessivamente insufficiente.
USO DEL LABORATORIO
Il laboratorio costituisce un momento irrinunciabile nell’insegnamento della fisica, questo comporta
che siano previsti esplicitamente sia momenti di presentazione di esperimenti dalla cattedra, sia
momenti di attività svolti in prima persona dagli studenti.
Durante lo svolgimento degli esperimenti dalla cattedra, gli studenti assistono in aula gradinata
agli esperimenti realizzati dall’insegnante in collaborazione con gli assistenti tecnici. Gli alunni
prendono appunti relativamente all’esperienza svolta e, dialogando con l’insegnante, cercano di
individuare un’interpretazione teorica corretta dell’esperienza osservata.
Durante lo svolgimento delle esperienze svolte dagli alunni, questi vengono suddivisi in gruppi (il
numero e la composizione dei gruppi dipende dalla disponibilità del materiale di laboratorio).
L’insegnante fornisce le necessarie indicazioni riguardanti il comportamento corretto da assumere
in laboratorio e per lo svolgimento dell’esperienza, quindi passa tra i banchi, coadiuvato
dall’assistente tecnico, per verificare che gli alunni eseguano correttamente la consegna. Gli
studenti realizzano le misure richieste e riportano i dati su un quaderno, quindi a casa provvedono
all’elaborazione dei dati raccolti. In alcuni casi, i dati saranno utilizzati per produrre una relazione
di laboratorio che sarà poi commentata in classe dall’insegnante. Poiché la relazione non viene
realizzata in classe, l’eventuale voto conseguito non viene riportato sul registro. Nella valutazione
complessiva si tiene però conto anche della qualità del lavoro relativo al laboratorio.
Per esperimenti sofisticati o difficilmente realizzabili sarà possibile utilizzare sia materiale
informatico (simulazioni) che filmico.
SUPPORTI DIDATTICI
Il materiale didattico fondamentale utilizzato dagli studenti per l’apprendimento della fisica è il
libro di testo, che verrà utilizzato principalmente per rivedere e approfondire a casa gli argomenti
svolti in classe e per lo svolgimento degli esercizi. Nel corso degli anni, lo studente provvederà ad
acquisire sempre maggior autonomia nel saper integrare gli appunti raccolti in classe con quanto
riportato nel testo. Soprattutto nelle classi iniziali, l’insegnante provvederà, all’inizio di ogni unità
didattica, a fornire indicazioni agli studenti riguardo ai capitoli del libro dove è possibile ritrovare
gli argomenti che verranno sviluppati a lezione.
In seguito allo svolgimento di alcune relazioni di laboratorio, sarà possibile utilizzare un foglio
elettronico per l’elaborazione numerica e grafica dei dati raccolti.
Nelle classi che adottano il tablet, questo potrà essere utilizzato, oltre che per l’elaborazione dei dati
e per la redazione della relazione di laboratorio, anche per favorire la circolazione delle
informazioni e delle idee tra gli studenti che hanno realizzato l‘esperienza, e per il recupero
dell’apprendimento nei confronti di quegli studenti che fossero risultati assenti durante l’esperienza
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o durante una lezione.
ATTIVITA INTEGRATIVE
Il gruppo disciplinare organizza una conferenza pomeridiana di matematica e una di fisica per gli
studenti interessati.
La scuola partecipa alle Olimpiadi della Fisica, a cui concorrano su base volontaria gli studenti delle
classi quinte.
Il gruppo disciplinare organizza inoltre un corso pomeridiano di approfondimento in matematica e
fisica, rivolto in particolare agli studenti che intendono sostenere le prove di ammissione a
prestigiose scuole di studi superiori (la Normale di Pisa, la scuola Galileiana di Padova, la scuola di
studi superiori di Trieste….) o partecipano a concorsi per l’assegnazione di borse di studio sul
territorio nazionale.
STRATEGIE DI RECUPERO
Il recupero in fisica avviene secondo tre modalità, in itinere, extracurricolare, mediante corsi di
recupero.
In itinere: soffermandosi o riprendendo contenuti su richiesta degli studenti, risolvendo alla lavagna
problemi ed esercizi, assegnando lavori a casa che saranno poi discussi in classe.
Extracurricolare: in sesta ora o in incontri pomeridiani, riservati agli studenti con certificate lacune
o carenze nella disciplina. Questo tipo di intervento dipende dalle disponibilità concesse ai singoli
Consigli di Classe e dalle scelte effettuate da ogni singolo Consiglio di Classe nella ripartizione
delle ore disponibili tra le varie discipline.
Corsi di recupero: al termine del primo periodo, gli alunni con una valutazione di insufficienza
grave (voto < 5) potranno essere chiamati a frequentare corsi di recupero trasversali per classi
parallele. Potranno essere inoltre attivati corsi di recupero estivi per gli studenti con sospensione del
giudizio. L’attivazione o meno dei corsi dipenderà dal numero degli studenti coinvolti e dalle
disponibilità finanziarie dell’istituto.
PROVE PARALLELE – TEST DI INGRESSO – USCITA
La valutazione in fisica nei casi di sospensione del giudizio sarà effettuata mediante prove parallele
concordate da tutti i docenti dell’area nel periodo tra fine agosto e inizio settembre, prima
dell’inizio del nuovo anno scolastico.
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PROGRAMMA DI FISICA, CLASSI PRIME
[Gli argomenti contrassegnati con l’asterisco (*) sono da considerarsi opzionali.]
MODULO 1. LA MISURA DELLE GRANDEZZE FISICHE
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Grandezze fisiche, unità di misura, Sistema Internazionale delle unità di misura.
Operazioni tra grandezze fisiche. Misure dirette e indirette.
La notazione scientifica. Ordini di grandezza. Cifre significative.
La misura delle lunghezze. Multipli e sottomultipli.
Misure di aree, volumi.
La misura della massa.
La densità di una sostanza.
Il metodo di triangolazione per la misura di una lunghezza (*).
Attività sperimentali e di laboratorio:
- Misure di densità dei solidi.
- Costruzione e utilizzo di una squadra di Galileo (*).
- Misura delle dimensioni della luna (*).
Tempo previsto: 15 u.o.
MODULO 2. LE INCERTEZZE DI MISURA
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Errori di misura: errori accidentali ed errori sistematici.
Incertezza associata a una misura diretta. Incertezza relativa e percentuale.
Precisione ed affidabilità di una misura.
Confronto tra due misure.
Incertezza associata ad una misura indiretta.
Attività sperimentali e di laboratorio:
- Misura del tempo di oscillazione di un pendolo (in alternativa: caduta a terra di una gomma).
- Misura del volume di un solido: confronto tra diversi metodi di misura.
Tempo previsto: 15 u.o.
Per l’organizzazione dei corsi di recupero, è necessario che lo svolgimento dei moduli 1 e 2 della
programmazione sia concluso entro il primo periodo (vacanze di Natale).
MODULO 3. LE RELAZIONI TRA LE GRANDEZZE FISICHE
⇒ La rappresentazione di un fenomeno fisico mediante tabelle, formule, grafici.
⇒ La costruzione e l'interpretazione di un grafico cartesiano; incertezze nei grafici.
⇒ Analisi di alcuni tipi di relazioni tra grandezze fisiche, dal punto di vista grafico e dal punto di vista
algebrico: la relazione di proporzionalità diretta, di proporzionalità inversa, di proporzionalità quadratica;
la correlazione lineare, la relazione inversa quadratica.
Attività sperimentali e di laboratorio:
- Misure di distanze e dei tempi impiegati per percorrere tali distanze: il caso di una bolla d'aria in un tubo di vetro
contenente acqua e il caso di una biglia metallica in moto lungo un piano inclinato;
- Misure di periodo di un pendolo al variare della lunghezza del filo (*);
- Misure di lunghezza di una molla al variare della massa appesa;
- Uso del foglio elettronico per l'elaborazione dei dati sperimentali e per la costruzione dei grafici; individuazione di
una linea di tendenza; interpretazione dei grafici cartesiani; riconoscimento delle relazioni di proporzionalità
diretta e inversa, e della relazione lineare (*).
Tempo previsto: 12 u.o.
MODULO 4. LA TEMPERATURA, IL CALORE E L'EQUILIBRIO TERMICO
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Dalla sensazione del caldo e del freddo alla misura della temperatura.
Termometri e scale termometriche.
La dilatazione termica.
Legge fondamentale della termologia: calore specifico e capacità termica.
Equilibrio termico.
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⇒ Cambiamenti di stato: punti fissi e loro variazione con la pressione; calore latente.
⇒ Propagazione del calore per conduzione, convezione, irraggiamento; conducibilità termica.
Attività sperimentali e di laboratorio:
- taratura di un termometro (*);
- dilatazione lineare di alcune aste metalliche; misura del coefficiente di dilatazione;
- misura del calore specifico dei solidi con il calorimetro delle mescolanze;
- misura del calore latente di evaporazione dell’acqua (*);
- misura del calore latente di fusione del ghiaccio (*);
- misure di temperatura di due cubetti di alluminio inizialmente a temperatura diversa, fino al raggiungimento
dell'equilibrio; acquisizione dati con l'interfaccia, uso del programma CMA-Coach6-Lite per l'elaborazione
numerica e grafica dei dati raccolti (*).
Tempo previsto: 25 u.o.
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PROGRAMMA DI FISICA, CLASSI SECONDE
[Gli argomenti contrassegnati con l’asterisco (*) sono da considerarsi opzionali.]
MODULO 1. LE GRANDEZZE VETTORIALI
⇒ Gli spostamenti; somma di due spostamenti sulla stessa retta e su rette diverse.
⇒ Vettori e scalari.
⇒ Operazioni con i vettori: somma con il metodo punta-coda e con il metodo del parallelogramma;
differenza tra vettori; prodotto di un vettore per uno scalare.
⇒ Scomposizione di un vettore lungo direzioni ortogonali; componenti di un vettore; seno, coseno,
tangente di un angolo; somma di vettori con il metodo delle componenti.
⇒ Dalle componenti di un vettore a modulo e intensità (la funzione arcotangente).
Tempo previsto: 10 ore
MODULO 2. LE FORZE E L'EQUILIBRIO TRASLATORIO
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Le forze; gli effetti delle forze; l’unità di misura delle forze.
La rappresentazione vettoriale delle forze nel piano.
La forza peso; la relazione tra la massa e il peso; le differenze tra le due grandezze.
L'elasticità degli oggetti; le molle e la costante elastica k; il dinamometro.
Operazioni con le forze; composizione e scomposizione delle forze.
La forza di attrito radente.
Condizione di equilibrio di un corpo soggetto all'azione di più forze.
Equilibrio di un corpo su un piano inclinato in assenza e in presenza di attrito.
Attività sperimentali e di laboratorio:
- Taratura di un dinamometro (*).
- Composizione vettoriale delle forze.
- Equilibrio di un corpo su un piano inclinato in assenza di attrito.
- Misura della forza di attrito radente al variare del peso e dell’inclinazione della superficie d'appoggio.
Tempo totale: 15 ore
Per l’organizzazione dei corsi di recupero, è necessario che lo svolgimento dei moduli 1 e 2 della
programmazione sia concluso entro il primo periodo (vacanze di Natale).
MODULO 3. I MOMENTI E L'EQUILIBRIO ROTATORIO
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⇒
⇒
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Braccio e momento di una forza.
Equilibrio rispetto alla rotazione.
Coppie di forze.
Leve e altre macchine semplici: carrucola fissa e mobile, verricello.
Baricentro di un corpo.
Attività sperimentali e di laboratorio:
- Equilibrio di una leva di primo genere (*).
Tempo totale: 8 ore
MODULO 4. LA PRESSIONE E L'EQUILIBRIO DEI FLUIDI
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Definizione di pressione e condizione di equilibrio di un fluido.
Unità di misura della pressione.
Pressione idrostatica e legge di Stevino.
Principio di Pascal, torchio idraulico.
Vasi comunicanti.
Pressione atmosferica e sua variazione con la quota; esperienza di Torricelli.
La spinta di Archimede.
Attività sperimentali e di laboratorio:
- Esperienze di idrostatica: uso del manometro differenziale (tubo a U contenente mercurio) per la misura della
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-
pressione idrostatica a diversi livelli di profondità; paradosso idrostatico; esperienza di Torricelli; spinta di
Archimede; bilancia idrostatica; diavoletto di Cartesio; arganello idraulico.
Uso dei densimetri a galleggiante.
Esperienze di aerostatica: il vuoto pneumatico (campana di vetro collegata ad una pompa): vacuometro,
baroscopio, emisferi di Magdeburgo.
La spinta di Archimede: dipendenza dal volume e indipendenza dalla massa dell’oggetto immerso (*).
La spinta di Archimede: dipendenza dalla densità del liquido di immersione (*).
La spinta di Archimede: relazione tra volume immerso e densità del liquido di immersione (*).
Tempo previsto: 12 u.o.
MODULO 5. LE LEGGI DEI GAS IDEALI
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Il modello di gas ideale. Grandezze caratteristiche di un gas ideale.
Pressione e volume di un gas ideale: legge di Boyle.
Volume e temperatura di un gas ideale: legge di Gay-Lussac.
Pressione e temperatura di un gas ideale: legge di Charles.
Equazione caratteristica dei gas ideali.
Attività sperimentali e di laboratorio:
- verifica sperimentale della legge di Boyle mediante l'uso di un sensore di pressione (*).
Tempo previsto: 8 u.o.
MODULO 6. OTTICA GEOMETRICA
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⇒
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Formazione delle ombre, propagazione rettilinea della luce; velocità della luce.
La riflessione della luce; legge della riflessione.
La riflessione sugli specchi piani e curvi.
La rifrazione della luce; legge della rifrazione.
Riflessione totale.
Lenti convergenti e divergenti (*).
Attività sperimentali e di laboratorio:
- Propagazione rettilinea della luce, fenomeni di riflessione, rifrazione, riflessione totale; propagazione della luce
attraverso lenti sottili (disco di Hartl);
- misura della distanza focale di lenti convergenti (*).
Tempo previsto: 12 u.o.
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PROGRAMMA DI FISICA, CLASSI TERZE
[Gli argomenti contrassegnati con l’asterisco (*) sono da considerarsi opzionali.]
MODULO 1. LA DESCRIZIONE DEI MOTI RETTILINEI
Definizione delle grandezze cinematiche e relative unità di misura (posizione, spostamento, istante, durata,
velocità media e istantanea, accelerazione media e istantanea).
Il moto rettilineo uniforme: legge oraria, grafici s/t.
Il moto rettilineo uniformemente accelerato: formula della velocità istantanea, legge oraria; legame tra
velocità, accelerazione e spazio percorso; grafici s/t e v/t.
Moti vari: analisi con il metodo del grafico della velocità.
Attività sperimentali e di laboratorio:
Analisi dei moti mediante l'uso di un sensore di posizione e di un'interfaccia di acquisizione dei dati collegata a PC.
Tempo previsto: 20 u.o.
MODULO 2. IL MOTO DEI GRAVI E DEI PROIETTILI
Il moto dei gravi: interpretazione teorica di Aristotele (*) e di Galileo.
Il metodo scientifico galileiano.
L’esperimento mentale del “gran navilio” e il principio di relatività galileiana.
Principio di inerzia, principio di composizione dei movimenti.
Il moto dei proiettili.
Attività sperimentali e di laboratorio: Osservazione della caduta di una sferetta di legno e una di acciaio da un'altezza
fissata. Misura di spazi percorsi e tempi impiegati da una biglia metallica nella discesa lungo un piano inclinato.
Moto parabolico di una sferetta metallica.
Tempo previsto: 20 u.o.
Per l’organizzazione dei corsi di recupero, è necessario che lo svolgimento dei moduli 1 e 2 della
programmazione sia concluso entro il primo periodo (vacanze di Natale).
MODULO 3. LE LEGGI DEL MOTO
Sistemi di riferimento inerziali.
L'interazione tra due oggetti e il concetto di forza.
Effetti delle forze sul movimento degli oggetti: secondo principio della dinamica.
Azione e reazione: terzo principio della dinamica.
Applicazione della seconda legge della dinamica ai moti rettilinei.
Il moto circolare uniforme; velocità tangenziale e velocità angolare.
Accelerazione centripeta e forza centripeta.
Sistemi di riferimento non inerziali: forze fittizie.
Attività sperimentali e di laboratorio:
Moto di un carrello sottoposto ad una forza costante; analisi quantitativa al variare della massa e della forza trainante.
Macchina di Atwood (*). Moto di un carrello lungo un piano inclinato in presenza di attrito.
Tempo previsto: 24 u.o.
MODULO 4. ENERGIA MECCANICA
Il lavoro di una forza: definizione ed esempi.
Il teorema dell'energia cinetica.
Forze conservative; energia potenziale gravitazionale ed energia potenziale elastica.
Il teorema di conservazione dell'energia meccanica per un oggetto su cui agiscono solo forze conservative.
La relazione tra il lavoro delle forze non conservative e la variazione dell’energia meccanica.
La potenza.
Attività sperimentali e di laboratorio: Un peso lasciato cadere verticalmente mette in rotazione una ruota di bicicletta:
la trasformazione da energia potenziale ad energia cinetica.
Tempo previsto: 24 u.o.
MODULO 5. LA QUANTITA’ DI MOTO
Sistemi aperti e chiusi; sistemi isolati e non isolati.
Quantità di moto; teorema dell’impulso.
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Teorema di conservazione della quantità di moto nei sistemi isolati.
Attività sperimentali e di laboratorio: Urti tra due sferette (urti centrali e obliqui).
Tempo previsto: 12 u.o.
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PROGRAMMA DI FISICA, CLASSI QUARTE
[Gli argomenti contrassegnati con l’asterisco (*) sono da considerarsi opzionali.]
MODULO 1. MOTI ROTATORI
Cinematica dei moti rotatori: periodo, frequenza, velocità angolare, accelerazione angolare.
Dinamica dei moti rotatori: momento delle forze, momento di inerzia, equazione fondamentale.
Energia cinetica rotazionale.
Rotazione attorno a un asse fisso; rotolamento senza strisciamento.
Momento angolare e sua relazione con il momento totale delle forze esterne (nel caso di asse fisso).
Conservazione del momento angolare.
Attività sperimentali e di laboratorio: Esperienze con lo sgabello girevole (giroscopio). Macchina di Atwood.
Rotolamento di alcuni solidi.
Tempo previsto: 10 u.o.
MODULO 2. IL MOTO DEI PIANETI E LA GRAVITAZIONE
Modelli cosmologici da Tolomeo a Copernico (*).
Leggi di Keplero.
Legge di gravitazione universale di Newton.
La costante di gravitazione universale G.
Applicazione della legge di Newton allo studio del moto dei pianeti e dei satelliti.
Energia potenziale gravitazionale (formula generale). Velocità di fuga. Energia dei pianeti e dei satelliti.
Attività sperimentali e di laboratorio:
Simulazione con il foglio elettronico del moto della Terra e di altri corpi celesti del sistema solare (*).
Tempo previsto: 20 u.o.
MODULO 3. DINAMICA DEI FLUIDI
Portata idraulica; equazione di continuità.
Conservazione dell’energia per un fluido in movimento: equazione di Bernoulli; teorema di Torricelli.
Dinamica dei fluidi in presenza di attrito: viscosità; resistenza idraulica e legge di Pouseuille.
Attività sperimentali e di laboratorio:
Misura del tempo di svuotamento di un serbatoio e sua relazione con il livello dell’acqua nel serbatoio.
Misura del tempo di caduta di sferette nello shampoo; relazione tra la velocità di caduta e diametro delle sferette (*).
Tempo previsto: 10 u.o.
Per l’organizzazione dei corsi di recupero, è necessario che lo svolgimento dei moduli 1, 2 e 3 della
programmazione sia concluso entro il primo periodo (vacanze di Natale).
MODULO 4. ENERGIA INTERNA E TERMODINAMICA
Teoria cinetica dei gas ideali. Potenzialità e limiti del modello cinetico.
Energia interna di un gas ideale.
Sistemi che scambiano calore e lavoro con l'ambiente; l'equivalente meccanico della caloria.
Trasformazioni termodinamiche reversibili; cicli termodinamici; primo principio della termodinamica.
Macchine termiche e macchine frigorifere; la potenza e il rendimento di una macchina.
Il secondo principio della termodinamica (enunciati di Kelvin e di Clausius).
Il ciclo di Carnot; il teorema di Carnot.
Trasformazioni termodinamiche irreversibili; entropia.
Interpretazione statistica dell'entropia: microstati e macrostati.
Attività sperimentali e di laboratorio: Misura dell'equivalente meccanico della caloria con il mulinello di Shurholtz (*);
modelli di centrale idroelettrica ed eolica; celle fotovoltaiche; cella Peltier; il papero bevitore; motore Stirling ad aria
calda; motore ad idrogeno.
Tempo previsto: 30 u.o.
MODULO 5. OSCILLAZIONI
Il moto armonico semplice; il sistema massa-molla; il pendolo semplice.
Conservazione dell’energia nel moto armonico semplice.
Oscillazioni smorzate; tempo di smorzamento.
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Oscillazioni forzate; risonanza.
Attività sperimentali e di laboratorio: Misura del periodo di oscillazione di una molla.
Tempo previsto: 10 u.o.
MODULO 6. ONDE MECCANICHE
Onde longitudinali e trasversali.
Ampiezza, periodo, velocità di propagazione, lunghezza d’onda.
Le onde armoniche; rappresentazione matematica.
Sovrapposizione di onde armoniche per la generazione di un segnale periodico.
Energia trasportata da un’onda.
Interferenza; onde stazionarie.
Riflessione e rifrazione delle onde.
Diffrazione delle onde, principio di Huygens.
Le onde sonore; intensità di un’onda sonora; effetto Doppler.
Attività sperimentali e di laboratorio: Visualizzazione dei fenomeni ondulatori con una vaschetta ondoscopica.
Fenomeni di risonanza e battimenti con i diapason e con altri strumenti acustici. Onde stazionarie su una corda.
Tempo previsto: 10 u.o.
MODULO 7. OTTICA ONDULATORIA
Il dibattito sulla natura ondulatoria o corpuscolare della luce.
Fenomeni di ottica ondulatoria: riflessione, rifrazione, interferenza e diffrazione.
La misura della velocità della luce.
Attività sperimentali e di laboratorio: Prisma di dispersione della luce. Diffrazione della luce da un ostacolo o da una
fenditura; interferenza da doppia fenditura; il reticolo di diffrazione.
Tempo previsto: 10 u.o.
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PROGRAMMA DI FISICA, CLASSI QUINTE
[Gli argomenti contrassegnati con l’asterisco (*) sono da considerarsi opzionali.]
MODULO 1: ELETTROSTATICA
Fenomeni elettrostatici elementari.
La carica elettrica e le sue proprietà; interpretazione dei fenomeni elettrostatici.
Legge di Coulomb; unità di misura della carica; costante dielettrica.
Campo Elettrico (C.E.): concetto generale e definizione formale; principio di sovrapposizione; linee di campo nel
caso di una sorgente puntiforme, di un dipolo elettrico.
Flusso del C.E.; teorema di Gauss e sue applicazioni: C.E. generato da una sfera uniformemente carica; da una
distribuzione lineare di carica; da una distribuzione piana; da un condensatore piano.
Circuitazione del C.E.
Energia potenziale elettrica; Potenziale elettrico, superfici equipotenziali e d.d.p.; relazione tra C.E. e d.d.p.
Conduttori in equilibrio elettrostatico; il condensatore.
Capacità di un conduttore; capacità del condensatore piano.
Energia del campo elettrico (*).
Collegamento di condensatori in serie e in parallelo (*).
Attività sperimentali: Esperienze di elettrostatica: pendolino elettrostatico; elettroscopio a foglie; macchine
elettrostatiche; gabbia di Faraday; linee del campo elettrico generato da cariche sorgenti puntiformi o distribuite.
Tempo previsto: 28-30 u.o.
MODULO 2: ELETTRODINAMICA
Flusso delle cariche elettriche nei conduttori solidi; intensità della corrente elettrica.
Prima e seconda legge di Ohm; la resistenza elettrica e la resistività elettrica.
Energia elettrica associata al moto delle cariche in un circuito elettrico; potenza elettrica; effetto Joule.
Collegamento di resistori in serie e in parallelo.
Carica e scarica del condensatore.
Principi di Kirchhoff e risoluzione dei circuiti elettrici (*).
Corrente elettrica nei liquidi e nei gas (*).
Attività sperimentali: Circuiti elettrici con generatore: prima e seconda legge di Ohm.
Carica e scarica del condensatore.
Tempo previsto: 12-15 u.o.
MODULO 3: IL CAMPO MAGNETICO
Fenomeni magnetici elementari; magnetismo terrestre.
Esperienza di Öersted; esperienze di Faraday e Ampere.
Definizione operativa del vettore Campo Magnetico in un punto x dello spazio.
Forza di Lorentz; forza esercitata da un campo magnetico su un filo percorso da corrente.
Legge di Biot-Savart.
Linee del campo magnetico generato da una spira; da un solenoide.
Azione di un Campo Magnetico su una spira percorsa da corrente.
Flusso del Campo Magnetico; circuitazione del Campo Magnetico; teorema di Ampere.
Interpretazione microscopica dei fenomeni magnetici; ipotesi di Ampere sull'equivalenza tra ago magnetico e
spira percorsa da corrente; i campi magnetici nella materia.
Attività sperimentali: linee del campo magnetico generato da magneti e da circuiti percorsi da corrente; esperienze di
Oersted e di Ampere; azione di un magnete su una spira percorsa da corrente.
Tempo previsto: 15 u.o.
MODULO 4: ELETTROMAGNETISMO
Esperienze di Faraday sulle correnti indotte.
Legge di Faraday; legge di Lenz.
Il Campo Elettrico indotto.
Induttanza di un circuito (*).
Energia del campo magnetico (*).
Applicazioni della legge di Faraday: generatori di correnti alternate, trasformatori.
Circuiti elettrici in corrente alternata (*).
Programmazione d’area / fisica (A049) / a.s. 2013 – 2014 / pag. 13 di 14
Il termine mancante nella legge di Ampere; la corrente di spostamento.
Equazioni di Maxwell.
Le onde elettromagnetiche; produzione e ricezione; lo spettro della radiazione elettromagnetica.
Attività sperimentali: esperienze sull’induzione elettromagnetica; filmato sulle onde elettromagnetiche.
Tempo previsto: 15-20 u.o.
MODULO 5: RELATIVITA' (*)
Problemi connessi con le equazioni di Maxwell; l'etere; non equivalenza di osservatori inerziali rispetto alle
equazioni di Maxwell.
L’esperimento di Michelson e Morley.
La sintesi di Einstein: i postulati della relatività ristretta; la critica al concetto di simultaneità.
Dilatazione dei tempi e contrazione delle lunghezze.
Conferme sperimentali della relatività ristretta: l’esperienza dei muoni.
Dinamica relativistica.
Il principio di equivalenza e la relatività generale.
Tempo previsto: 10 u.o.
MODULO 6: ATOMI E QUANTI
Concezione continua e discontinua della materia; le conferme sperimentali della teoria atomica.
Moto di una carica elettrica sottoposta a un campo elettrico uniforme.
Moto di una carica elettrica sottoposta a un campo magnetico uniforme.
La deflessione dei raggi catodici e l’esperienza di Thomson; determinazione del rapporto e/m.
Modelli atomici: Thomson, Rutherford, Bohr.
L'ipotesi dei quanti di luce (*).
Effetto fotoelettrico: indagini sperimentali e interpretazione teorica di Einstein (*).
Lo spettro continuo dei raggi X (*).
L’effetto Compton e la quantità di moto del fotone (*).
Onda associata a una particella; relazioni di de Broglie; diffrazione degli elettroni (*).
Relazioni di incertezza di Heisenberg (*).
Interferenza degli elettroni da una doppia fenditura (*).
Le interpretazioni della teoria dei quanti (*).
Numeri quantici, tavola periodica degli elementi (*).
Molecole, solidi, semiconduttori (*).
Attività sperimentali: misura del rapporto e/m con un tubo a raggi catodici e bobine di Helmholtz.
Tempo previsto: 10-20 u.o.
MODULO 7: IL NUCLEO ATOMICO (*)
I componenti del nucleo; l’interazione nucleare forte.
Livelli energetici nucleari; transizioni.
Radioattività; decadimenti nucleari.
Reazioni nucleari.
Tempo previsto: 10 u.o.
Bergamo, 9 settembre 2013
Il coordinatore dell’area di fisica
Giovanni Borella
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