“Incontri di Fisica”
INFN - Laboratori Nazionali di Frascati
5-6-7 Settembre 2001
Un percorso di Astronomia per il
Liceo Scientifico (P.N.I.)
Angelo Angeletti - Manlio Bellesi
Liceo Scientifico Statale “G.Galilei”
Macerata
Presentazione
Al Liceo Scientifico Statale “G. Galilei” di Macerata è attiva una
sperimentazione di matematica a fisica del Piano Nazionale dell’Informatica
(P.N.I.). Tale sperimentazione è iniziata in tutte le classi del biennio nell’a.s.
1988-89; nell’a.s. 1992-93 è stata estesa anche al triennio, ma in soli tre
corsi.
L’insegnamento della fisica prevede tre ore settimanali in ogni classe con
prove scritte e orali.
Matematica e fisica vengono assegnate a docenti diversi e per la fisica
l’insegnamento è in verticale (dalla prima fino alla quinta).
I programmi del P.N.I. prevedono, al quinto anno, lo studio di due soli temi:
• Struttura della materia
• L’Universo fisico
Tema n°5 - Struttura della materia
Spettroscopia (emissione, assorbimento, stati metastabili);
effetto termoelettronico;
corpo nero ed ipotesi di Planck;
effetto fotoelettronico e ipotesi di Einstein;
ipotesi di de Broglie: dualità onda-corpuscolo;
modelli atomici (Rutherford, Bohr, de Broglie): validità e limiti;
principio di indeterminazione (effetto tunnel);
lo stato solido (conduttori, semiconduttori; isolanti; giunzioni);
nucleo atomico e radioattività naturale;
reazioni nucleari (in particolare fissione e fusione);
tipi di interazione;
le particelle "elementari“: invarianze, simmetrie.
Il tema esige da parte degli allievi una buona conoscenza e padronanza dei concetti affrontati nei precedenti temi.
Conseguentemente esso dovrà essere affrontato dopo che i concetti fondamentali della fisica "classica" avranno fatto parte
del patrimonio culturale degli allievi.
Il nodo cruciale per la comprensione della struttura della materia è essenzialmente il problema della dualità onda-corpuscolo
che richiede, oltre ad una elevata capacità di astrazione e di sintesi, anche la padronanza dei concetti sia di meccanica dei
corpi rigidi (corpuscolo), sia di meccanica delle onde, sia di elettromagnetismo (essendo di natura elettromagnetica le forze
che sono in gioco nei modelli atomici).
Il tema, proprio per i requisiti di astrazione e di sintesi prima richiamati, può contribuire in modo rimarchevole allo sviluppo di
tali capacità nello studente.
Tema n°6 - L'Universo fisico
La curvatura dello spazio-tempo;
spostamento verso il rosso delle righe spettrali;
orologi e lunghezze nel campo gravitazionale;
radiazioni elettromagnetiche;
radiazione cosmica;
sistema solare;
le stelle: origine ed evoluzione;
oggetti celesti;
ipotesi cosmologiche e modelli di universo.
Questo tema di sintesi di ampio respiro è proposto come tema conclusivo del programma di Fisica essendo finalizzato a fornire
all'allievo una visione scientifica organica della realtà fisica.
Gli argomenti in oggetto dovranno essere affrontati non in termini esclusivamente descrittivi ma, nei limiti consentiti dalla
preparazione logico formale degli allievi, anche nella loro formulazione matematica, ogni volta che si presenta questa
possibilità. Considerazioni di carattere storico completeranno la trattazione del tema.
Dovrà essere previsto ampio coordinamento con gli analoghi argomenti del programma di scienze naturali.
In quinta, oltre ai temi 5 e 6, vengono completati altri temi:
tema 1 (Forze e campi): viene svolta generalmente quella parte che
riguarda il campo magnetico ed elettromagnetico;
tema 2 (Sistemi di riferimento e relatività): viene svolta la relatività
ristretta e generale;
tema 4 (Onde meccaniche ed elettromagnetiche): viene svolta la parte
riguardante le equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche.
Rimane generalmente il secondo quadrimestre per svolgere i temi di fisica
moderna ed in genere tre – quattro settimane per l’Universo fisico.
Vista la sovrapposizione di alcuni argomenti con il programma di Geografia
Astronomica è stato stabilito che, ad eccezione del Sistema Solare, gli
argomenti indicati sopra vengano svolti nel corso di Fisica.
Il tema dell’Astronomia viene comunque iniziato fin dal primo anno, ogni qual
volta è possibile si fanno riferimenti a questo argomento.
Classe 1ª
• Uso della notazione scientifica
• Legge della gravitazione di Newton
Classe 2ª
• Propagazione rettilinea della luce: le eclissi
• I telescopi
Classe 3ª
• Cenni di storia dell’Astronomia
Diametro della Terra (Eratostene); rapporto distanza della Luna /
raggio della terra; distanza del Sole; il moto di Marte; modello
tolemaico e modello copernicano
• Leggi di Keplero
• Legge di gravitazione di Newton
La luna cade; deduzione delle leggi di Keplero (per la legge delle orbite
vedi D.L.Goodstein - J.R.Goodstein: il moto dei pianeti intorno al Sole,
Zanichelli); il campo gravitazionale.
Classe 4ª
• Termodinamica
• Ottica: principi di spettroscopia
Classe 5ª
• Le stelle
Spettri stellari; Diagramma HR; cenni sulla struttura e sull’evoluzione
delle stelle
• La Galassia
Distribuzione delle stelle; struttura della Galassia
• L’Universo
Struttura dell’Universo
Classificazione delle Galassie; la determinazione delle distanze;
formazione delle galassie
Evoluzione dell’Universo
Il paradosso di Olbers; la legge di Hubble; il principio cosmologico; i
modelli di Friedmann e l’età dell’Universo; il modello del Big Bang; il
modello dello stato stazionario; alcuni dei tanti problemi aperti.
QUALCHE INFORMAZIONE AGGIUNTIVA…
Il reperimento del materiale per il percorso proposto è stato
(ed è tuttora) difficoltoso.
Una parte di ciò che raccontiamo abbiamo dovuto scrivercela
da soli (ovviamente consultando testi di gente MOLTO più in
gamba di noi).
Chi fosse interessato può contattarci ai seguenti indirizzi:
[email protected]
[email protected]
ARRIVEDERCI A PRESTO ! !
