Programma di fisica Classe VA
Liceo Scientifico Statale Kennedy ; Anno scolastico 2005/2006; Professor Francesco Poli
Le pagine ed i capitoli fra parentesi fanno riferimento al testo in adozione: Fisica: idee ed esperimenti, Volume 3: Elettromagnetismo;
ed. Zanichelli. (FIS3). Il materiale dove studiare la prima parte del programma è invece scaricabile dalla pagina Web del docente
www.francescopoli.net, Ove segnalato, gli argomenti necessitano anche di una integrazione con gli appunti presi a lezione. Tutte le
dimostrazioni si intendono da studiare a memoria, a meno che non sia indicato diversamente accanto all’argomento.
A) La carica elettrica
(materiale sulla pagina web: “La carica elettrica”; “Esercizi sulla carica elettrica”)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Semplici esperienze di separazione di carica per contatto o per strofinio.
Quantizzazione e conservazione della carica elettrica.
Materiali conduttori e materiali dielettrici. Reticolo cristallino di un solido.
I conduttori e l’induzione elettrostatica. L’elettroforo di Volta.
Gli isolanti e la polarizzazione elettrica.
L’elettroscopio a la misura della carica.
La legge di Coulomb ed il principio di sovrapposizione.
Esercizi di vario tipo sul principio di sovrapposizione e sulla conservazione della carica.
La Xerografia ed il funzionamento delle fotocopiatrici e delle stampanti laser (FIS3 alla fine
del Cap. 5: inserto “Scienza e tecnologia”)
B) Il campo elettrico
10. Il problema dell’azione a distanza: contemporaneità e relazione di causa effetto.
r
Definizione del vettore campo elettrico E
classe).
(FIS3 cap.2, § 2.1; 2.2 integrato con appunti in
r
11. Le linee di campo per E : definizione (sorgenti e proprietà). Criterio di Faraday per la
rappresentazione dell’intensità del campo (FIS3 cap.2, § 2.3 ma integrato con appunti in classe
per Faraday e proprietà).
12. Esercizi di vario tipo sul principio di sovrapposizione e sul campo elettrico. (materiale sulla
pagina web: “Esercizi sulla campo elettrico”, ma anche esercizi tratti da FIS3)
C) Il teorema di Gauss
(materiale sulla pagina web: “Il teorema di Gauss” parte I e parte II)
13. Versore normale e flusso di un vettore attraverso una superficie piana.
14. Flusso di un vettore attraverso una superficie curva.
r
15. Dimostrazione del teorema di Gauss per il flusso di E attraverso una superficie chiusa di
forma qualunque.
r
16. Applicazione del teorema di Gauss al calcolo di E
uniformemente carico.
generato da un filo infinito
r
17. Applicazione del teorema di Gauss al calcolo di E generato da una lastra piana infinita
uniformemente carica.
r
18. Il campo E di un doppio strato infinito con il principio di sovrapposizione
r
19. Applicazione del teorema di Gauss al calcolo di E generato da una sfera uniformemente
carica: regione interna e regione esterna.
20. Esercizi applicativi (Appunti in classe ed anche esercizi tratti da FIS3)
D) Conservatività del campo elettrico
(materiale sulla pagina web: “Il Potenziale elettrostatico” parte I)
21.
22.
23.
24.
Il lavoro di una forza non costante lungo uno spostamento curvo
Dimostrazione della conservatività della forza elettrostatica
L’energia potenziale elettrostatica.
Il calcolo di U (r ) per il campo di una carica puntiforme e le superfici equipotenziali.
25. La circuitazione del campo elettrostatico.
26. Interpretazione dell’energia elettrostatica quale lavoro di una forza esterna e teorema di
conservazione dell’energia per un punto materiale (facoltativo)
D) Proprietà dei conduttori metallici con uno squilibrio di carica
(materiale sulla pagina web: “Il Potenziale elettrostatico” parte II, da studiare tutto salvo il paragrafo “Il
gradiente”)
27. Distribuzione della carica in eccesso sui conduttori metallici: conduttore carico, conduttore
carico cavo, conduttore neutro in un campo elettrico.
28. Il teorema di Coulomb.
29. Il potenziale elettrostatico. Significato del segno dell’energia potenziale elettrostatica.
r
30. Direzione delle linee di forza del campo E . “Massimi” e “minimi” del potenziale. Superfici
equipotenziali
31. Il potenziale elettrostatico dei conduttori.
32. Direzione delle linee di forza in prossimità di un conduttore.
33. Proprietà del tubo di forza.
34. Lo schermo elettrostatico e le sue proprietà.
35. La capacità dei conduttori: definizione e proprietà.
36. Calcolo della capacità di un conduttore sferico
37. Il potere delle punte. Il Parafulmine. (Facoltativo: la fiamma della candela che si piega.)
38. L’energia potenziale dei conduttori: La formula U
=
1
QV .
2
E) I condensatori
(materiale sulla pagina web: “I Condensatori”)
39. Struttura geometrica dei condensatori e campo elettrico al loro interno approssimato con il
doppio strato.
40. Il condensatore come serbatoio di energia potenziale: la formula U =
1
Q DV .
2
41. La capacità di un condensatore: significato.
42. Calcolo della capacità C =
S ò0
per un condensatore piano.
d
43. Significato di capacità equivalente di un sistema di condensatori. Collegamento in serie ed
in parallelo di due o più condensatori.
44. Calcolo della capacità equivalente di due condensatori in serie e di due condensatori in
parallelo.
F) La corrente elettrica continua
45. L’intensità della corrente elettrica stazionaria, il suo verso e la relazione con le differenze di
potenziale. Punti di forza e debolezze dell’analogia idraulica (FIS3 cap.6, § 6.1, integrato con
gli appunti presi in classe)
46. Significato dei generatori di tensione: analogia idraulica e riflessioni sulla circuitazione
nulla del campo elettrico. (FIS3 cap.6, § 6.2, integrato con gli appunti presi in classe)
47. Collegamento in serie e parallelo di più conduttori e legame con la corrente che vi fluisce.
Collegamento dell’impianto casalingo (FIS3 cap.6, § 6.3)
48. La prima legge di Ohm. Resistori. (FIS3 cap.6, § 6.4)
49. Definizione di nodo, ramo e maglia di un circuito. La prima legge di Kirchhoff ed il
principio di conservazione della carica. La seconda legge di Kirchhoff e la proprietà
r
G E = 0 (FIS3 cap.6, § 6.5, soprattutto gli esempi svolti ed integrato con appunti in classe. In
()
50.
51.
52.
53.
particolare bisogna essere in grado di individuare il numero dei rami e delle correnti indipendenti di
un circuito contenente generatori e resistenze)
Resistenza equivalente. Conduttori Ohmici in serie e parallelo e calcolo della resistenza
equivalente ad una serie ed equivalente a un parallelo. (FIS3 cap.6, § 6.6)
La potenza elettrica e la legge di Joule P = R I 2 . Il Kilowatt come misura di potenza ed il
Kilowattora come misura di energia nei contatori elettrici. (FIS3 cap.6, § 6.7; cap.7, § 7.3)
Cenni qualitativi all’emissione luminosa da passaggio di corrente e modello di circuito a
ruota di bicicletta (Appunti in classe)
La forza elettromotrice e la resistenza interna di un generatore (FIS3 cap.6, § 6.8)
G) Fenomeni magnetici fondamentali
54. Magneti naturali ed artificiali. Linee del campo magnetico e loro costruzione. Cenno alla
temperatura di Curie per i materiali ferromagnetici e riflessioni sull’origine ed il verso del
magnetismo terrestre. Confronto con il campo elettrico (FIS3 cap.9, § 9.1, 9.2, 9.3. Appunti in
classe)
55. Esperienza di Oesterd. Esperienza di Faraday. Esperienza di Ampère e forza tra due fili
paralleli percorsi da corrente. (FIS3 cap.9, § 9.4)
56. L’origine microscopica del campo magnetico. Equivalenza bobina-magnete permanente.
(FIS3 cap.9, § 9.5)
r
57. L’intensità del campo B e l’espressione vettoriale della forza che esso esercita su di un filo
percorso da corrente. (FIS3 cap.9, § 9.6, 9.7)
58. Il motore elettrico in corrente continua. Osservazione in classe di un modellino di motore
elettrico fatto con un magnete al neodimio ed alimentato una pila da 4.5V. (FIS3 cap.9, §
9.8)
59. Elettromagnete. Osservazione di un elettromagnete fatto con un chiodo ed una pila da
4.5V. ( FIS3 cap.10, § 10.7)
60. Il campo magnetico di un filo rettilineo percorso da corrente: la legge di Biot e Savart. (FIS3
cap.9, § 9.10)
61. Il campo magnetico di una spira e di un solenoide. (FIS3 cap.9, § 9.11)
r
H) Proprietà del campo B
r
62. Il flusso del campo B attraverso una superficie chiusa. (FIS3 cap.10, § 10.3)
r
63. La circuitazione del campo B e le correnti concatenate. Le equazioni di Maxwell nel caso
stazionario (FIS3 cap.10, § 10.4 e quadro riassuntivo visto in classe)
64. Espressione microscopica per la corrente elettrica stazionaria nei metalli. (FIS3 cap.7, § 7.1)
r
r
r
65. Dimostrazione della relazione FL = qv ´ B per la forza di Lorentz (FIS3 cap.10, §10.1)
r
66. Moto di una carica con velocità costante in una regione con B uniforme. Cenni al
funzionamento del Sincrotrone (FIS3 cap.10, §10.2 ed appunti in classe)
67. Il discriminatore di velocità e lo spettrometro di massa. Misura della carica specifica (FIS3
cap.10, alcune parti di §10.1, 10.2)
I) L’induzione elettromagnetica
68. Le correnti indotte e la legge di Faraday-Neumann in un semplice circuito con una parte
mobile. (Un sunto di FIS3 cap.11, §11.1, 11.2, 11.3)
69. Osservazione in classe di un dispositivo a tubo di rame per la verifica intuitiva della legge
di Lenz (FIS3 cap.11, §11.4)
J) Brevi cenni alle onde elettromagnetiche
r
r
r
r
70. Variazioni di E come sorgenti di B e variazioni di B come sorgenti di E . Ruolo delle
equazioni di Maxwell, velocità delle onde elettromagnetiche. (FIS3 cap.12, §12.3, 12.4)
71. Profilo spaziale e profilo temporale dell’onda elettromagnetica. Lo spettro elettromagnetico
(FIS3 cap.12, §12.5, 12.6)
K) Applicazione ella fisica degli strumenti dell’analisi matematica
72. Il processo di carica di un condensatore (FIS3 cap.7, scheda “L’esponenziale ed i circuiti RC”)
73. Studio del moto rettilineo accelerato di un punto materiale. (Matematica Tre, Lamberti,
pp.248-248)
Roma, Maggio 2006
L'insegnante
I rappresentanti degli studenti
Prof. Francesco Poli
Cristina Criscuoli _______________________
______________________
Giulia Gatti
_______________________
