Lezioni Fondamenti di Fisica per Scienze della Formazione Primaria
Laurea quadriennale abilitante – 3 anno Maior Scientifico
A.A. 2007-08
Prof. Giovanna Puddu
2h 15/10/05
Introduzione al corso di Fondamenti di Fisica per Scienze della Formazione Primaria.
Le Indicazioni Nazionali sul curricolo. L’educazione unitaria e le discipline.
L'oggetto di indagine della Fisica e le 'dimensioni'. Gli ordini di grandezza e le unita' di
misura. Lo studio della natura e le specializzazioni. L’interdisciplinarità.
L’insegnante colto e la scelta dei programmi e dei metodi.
2h 17/10/05
Dalle osservazioni ingenue all’interpretazione astratta.
La complessità nello studio di un fenomeno e la scelta delle variabili significative
(esempio del corpo che si muove con attrito).
La formazione delle idee scientifiche: dalla percezione alle ipotesi argomentate.
[Partecipazione alla Conferenza della prof. M.Polo sul Curricolo nella scuola
dell’autonomia direttiva n.68 agosto 2007:
Il sapere per essere insegnato si trasforma (semplificazione diverso da trasformazione).
Curriculum ufficiale - sapere insegnato (programmazione) e curriculum reale – sapere in
atto. Andare oltre la sequenza lineare. La scelta degli argomenti su cui lavorare: il
problema della propedeuticità: osservazione mia.
Curr Mat fortemente integrato con l’insegnamento tecnologico-scientifico per favorire la
formazione di una mentalità scientifica. Traguardi e obiettivi. Problemi e laboratorio.
Risolvere problemi è un carattere intrinseco del processo di apprendimento.
Il modo di formulare le domande non è indifferente.]
La scelta degli argomenti su cui lavorare: il problema della propedeuticità.
2h 22/10/07 LA LUCE
L’importanza dello studio della luce.
Comportamento della luce nell’approssimazione dell’ottica geometrica:
Sorgenti luminose e propagazione della luce.La velocità della luce.
Localizzazione degli oggetti da parte dell’occhio.
Interazione fra la luce e i corpi. Corpi trasparenti e opachi.
Trasmissione e assorbimento della luce. Formazione delle ombre e proiezione.
2h 24/10/07
Interazione fra la luce e i corpi: riflessione, diffusione, rifrazione.
Le leggi della riflessione. Superifici non levigate e diffusione.
Gli specchi piani. Costruzione delle immagini con specchi piani.
Ingrandimento lineare. Immagini simmetriche.
L’invertibilità del cammino ottico. Mezzi trasparenti e indice di rifrazione assoluto e
relativo. Diottro piano: la rifrazione e le leggi di Snell.
2h 29/10/2007
Rifrazione e riflessione parziale in un diottro piano.
Diottro piano e sferico: costruzione di immagini per oggetti posti nel mezzo più denso e
in quello meno denso. Immagini ingrandite e rimpicciolite.
2h 5/11/07
L’angolo limite e la riflessione totale. Guide di luce e fibre ottiche.
La lastra a facce piane parallele.
Dipendenza dell’indice di rifrazione dalla lunghezza d’onda. Mezzi dispersivi. Il prisma.
Effetti di rifrazione, dispersione e riflessione totale:
l’arcobaleno, il miraggio e la ‘fata Morgana’.
2h 7/11/07
Cenni al modello corpuscolare e ondulatorio per la luce.
Fisica e matematica: grandezze fisiche ed enti matematici 8numero e vettore);
dipendenza di grandezze fisiche e relazioni matematiche (equazioni).
Specchi curvi e lenti sferiche. Le approssimazioni di Gauss (piccola apertura e
approssimazione parassiale) e congruenza fra le immagini e gli oggetti.
Regioni in cui si formano le immagini reali e virtuali e convenzione dei segni per la
distanza focale di specchi e lenti sferiche.
2h 12/11/07
Specchi sferici concavi e convessi sotto le approssimazioni di Gauss.
Cammino ottico di ‘raggi particolari’.Costruzione di immagini.
La formula degli specchi (con dimostrazione), convenzione per i segni.
2h 14/11/07
Lenti sottili e approssimazioni di Gauss. Cammino ottico di ‘raggi particolari’ e
costruzione di immagini per lenti convergenti. La lente d’ingrandimento.
Convenzione dei segni e formula delle lenti (senza dimostrazione).
2h 19/11/07
Costruzione di immagini con lenti divergenti.
Sistemi ottici centrati. Il microscopio composto.
L’ingrandimento lineare. Esercizi con la formula delle lenti.
Il periscopio.
Correzione dei difetti dell’occhio con lenti.
2h 21/11/07
Come insegnare l’ottica nella scuola primaria?
Esercitazione in gruppi: confronto del programma di ottica con le Indicazioni Nazionali
e con progetti di altre nazioni europee (Francia).
22 ore
2h 3/12/07 IL MOVIMENTO
Introduzione alla meccanica: studio del movimento e dell’equilibrio.
I corpi di dimensioni trascurabili (corpi puntiformi) e i corpi estesi (rigidi e non).
Posizionamento di un punto e sistemi di riferimento. Il cambio di posizione e lo
spostamento. Distanza fra punti (sulla retta e sul piano). Modulo dello spostamento e
lunghezza della traiettoria. Misure di lunghezze e di tempi.
2h 5/12/07
La velocità. Il rapporto fra grandezze disomogenee.
Grandezze vettoriali. Rappresentazione geometrica dei vettori e moltiplicazione
di un vettore per un numero.
La legge oraria nel moto rettilineo uniforme.
2h 10/12/07
Il principio di inerzia. La variazione della velocità e l’accelerazione.
Le ‘cause’ di accelerazione e il secondo principio della dinamica.
Forze e composizione di forze (metodi di somma dei vettori).
Sistema di forze a risultante nulla.
Condizioni di equilibrio per un corpo ‘puntiforme’.
2h: 12/12/07
[Partecipazione congresso MPI (H.Mediterraneo) su Tecnologia e didattica (3 studenti)]
Ancora sul secondo principio della dinamica. F = m a. La massa inerziale.
Esempi di composizione e scomposizione di forze.
Cenni al moto sul piano inclinato, senza attrito.
2h: 17/12/07
Le forze: interazioni elementari e forze macroscopiche.
Le forze come causa di deformazione. Corpi elastici.
Il dinamometro e la misura statica delle forze.
Forze macroscopiche: Cenni alla forza elastica.
Cenni alla forza di attrito e a quella di resistenza viscosa.
La reazione vincolare (vincolo piano) e il piano inclinato.
2h: 19/12/07
Le interazioni elementari a lungo raggio d’azione.
La massa e la carica elettrica.
Il principio di sovrapposizione.
La forza di gravità.
Il terzo principio della dinamica.
12 ore
(Totale 22+12 = 34 ore)
Vacanze di Natale
2h: 03/03/08
STRUTTURA DELLA MATERIA:
Strutture e componenti. Composizione e scomposizione.
Il problema dei componenti elementari: Quali? Quanti? Come si combinano?
Molecole e sostanze; molecole e atomi.
La classificazione degli atomi. L’elenco e la massa atomica. La tavola di Mendeleev
Gli elementi mancanti e la previsione.
Modello dell’atomo di Thomson. Gli elettroni. La carica elettrica negativa e positiva.
Rutherford: il modello planetario dell’atomo e il nucleo.
2h: 05/03/08
La concentrazione della massa nel nucleo dell’atomo. Dimensioni atomiche e nucleari.
Le particelle nel nucleo: il protone e il neutrone.
Problemi nel modello di Rutherford. Gli spettri a righe e la quantizzazione delle orbite.
La struttura dei nucleoni: i quark. Il modello standard: i quark e i leptoni.
Le particelle stabili e quelle a vita breve.
L’antimateria: creazione e annichilazione. La massa come forma di energia.
Le reazioni fra particelle e la conservazione dell’energia.
2h: 12/03/08
Lettura di alcuni passi sugli atomi (semi, principi primi) e sulla loro aggregazione dal De
Rerum Natura di Lucrezio.
Elementi e atomi. Numero atomico e massa atomica. Gli isotopi.
Cenni agli esperimenti d’urto.
Le interazioni fondamentali: a lungo e corto raggio d’azione.
Cenni alle particelle di scambio.
Interazioni nell’atomo: fra nucleoni e fra nucleo ed elettroni.
Interazioni fra atomi: i legami chimici e le molecole.
Interazioni fra molecole. Andamento della forza intermolecolare in funzione della
distanza. Distanza media fra molecole in un solido e raggio d’azione intermolecolare.
2h: 17/03/08
SOLIDI, FLUIDI E TERMODINAMICA
Distanza media fra le molecole e stati di aggregazione della materia: solidi, liquidi e gas.
La temperatura e l’energia media delle molecole. Temperatura assoluta e scala Celsius.
Numero di molecole e energia totale: l’ energia interna.
Grandezze intensive ed estensive
Le differenze di temperatura e gli scambi di energia sotto forma di calore.
Modello di un solido in cui le forze fra molecole sono considerate analoghe a forze
elastiche dovute a molle.
Conduzione del calore per conduzione e convezione.
Movimento degli elettroni dentro un metallo sotto l’azione di un campo elettrico:
resistenza dovuta agli urti ed effetto Joule: riscaldamento del metallo.
2h: 19/03/08
La massa, il volume e la densità. Calcolo della densità media e cenni sulla media pesata.
Caratteristiche di solidi e fluidi e variazione della densità con la temperatura.
Comportamento anomalo della densità dell’acqua in funzione della temperatura.
La pressione. Sforzi di taglio e deformazioni di scorrimento.
La pressione idrostatica e l’andamento della pressione con la quota (nei liquidi e
nell’atmosfera). Liquidi immiscibili e quote raggiunte in vasi comunicanti.
Il principio di Pascal e sue applicazioni (la pressa idraulica).
44 ore – Vacanze di Pasqua
2h: 26/03/08
Ancora sull’andamento della pressione nei fluidi. La pressione in funzione della quota
nell’acqua e nell’aria.
Il principio di Archimede. Le forze di pressione per un corpo immerso in un fluido e la
forza di Archimede. Volume di liquido spostato per corpi immersi e in condizione di
galleggiamento. La densità relativa. Cenni al punto di applicazione della forza di
Archimede e condizioni di equilibrio o di rotazione del corpo.
2h: 31/03/08
Fluidi in moto. Liquidi ideali: incompressibilità e assenza di viscosità. Il moto laminare.
Il principio di continuità. Velocità e pressione in sezioni di diversa area.
Differenze di pressione e spostamento di masse fluide.
Analisi e confronto, in gruppo, fra gli obiettivi proposti per il corso ed il lavoro svolto
sino ad ora. Focalizzazione dei punti da sviluppare nelle lezioni restanti.
2h: 02/04/08
L’energia in diverse forme. Il lavoro di una forza e l’energia cinetica.
Il teorema dell’energia cinetica. Lavoro positivo e negativo. Il lavoro delle forze d’attrito.
2h: 09/04/08
Le forze conservative. L’energia potenziale. Lavoro e variazione di energia potenziale.
Il principio di conservazione dell’energia meccanica.
Risultante di forze parallele e baricentro. Momento di una forza e rotazione. Le leve.
2h: 16/04/08
Cenni di Termodinamica:
I sistemi termodinamici e l’ambiente. Sistemi aperti, chiusi e isolati.
Grandezze macroscopiche e microscopiche. La termodinamica classica e la meccanica
statistica. La temperatura e l’energia media delle molecole. Temperatura assoluta e scala
Celsius. La energia interna, la pressione. Grandezze intensive ed estensive.
Le differenze di temperatura e gli scambi di calore.
Gas ideali, stati di equilibrio e l’equazione di stato dei gas perfetti.
Scambi di energia: lavoro e calore.
Il primo principio della termodinamica.
2h: 21/04/08
ELETTROMAGNETISMO
La carica elettrica e la forza di Coulomb.
La concezione di interazione come forze a distanza.
Forze elettriche e principio di sovrapposizione.
Portatori di carica nella materia e neutralità macroscopica.
Elettrizzazione e cariche indotte.
1h: 23/04/08
Dalla concezione di interazione come forze a distanza alla concezione di campo.
Il campo elettrico. Forza su una carica in campo elettrico e sua accelerazione.
Portatori di carica nei gas, nelle soluzioni elettrolitiche e nei metalli.
Le correnti elettriche e l’intensità di corrente.
L’energia potenziale e il potenziale nel campo elettrico.
Energia e differenze di potenziale. Il Volt. Joule ed elettronVolt. L’Ampère.
2h: 28/04/08
Correnti elettriche nei metalli: resistenza e effetto Joule.
La legge di Ohm e e la legge di Kirchhoff ai nodi (conservazione della carica).
Magneti permanenti e poli magnetici. Le correnti elementari nei magneti permanenti.
Correnti elettriche e campo magnetico. Il vettore B.
Linee di campo per il campo magnetico e ago di una bussola.
Il campo magnetico terrestre.
Azione di un campo magnetico su una carica in moto: deviazione.
Come parlare di elettricità e magnetismo nella scuola primaria?
1h: 30/04/08
Conclusione del Corso
