Liceo
ScientificoStatale
“M. G. Agnesi”
Liceo Scienze
Applicate
Liceo Linguistico
CRITERI DIDATTICI E PROGRAMMA
Anno scolastico 2014-2015
CLASSE 5 Ds
DISCIPLINA: FISICA
Argomenti svolti
ELETTROMAGNETISMO
Esperimento di Millikan: la quantizzazione della carica elettrica. Carica e
scarica di un condensatore. Energia elettrica di un condensatore carico e
densità di energia. Problemi sui condensatori.
Definizione di corrente elettrica e leggi di Ohm. Classificazione dei materiali in
base alla conducibilità elettrica. Legge di Ohm generalizzata. Resistenze
equivalente di sistemi in serie e in parallelo. Leggi di Kirchhoff e risoluzione di
circuiti elettrici. Confronto tra circuiti R e RC. Potenza dissipata per effetto
Joule. Problemi sui circuiti elettrici.
LABORATORIO: Verifica della seconda legge di Ohm; resistenze in serie e in
parallelo.
Introduzione al campo magnetico: magneti e inseparabilità dei poli; linee di
campo magnetico generato da un magnete; esperimento di Oersted: corrente
elettrica agente su magneti; esperimento di Faraday; magneti agenti su
correnti elettriche. Definizione del campo di induzione magnetica.
Esperimento di Ampère sull’ azione tra fili di corrente. Concetto di campo
magnetico e deduzione del campo magnetico generato da un filo rettilineo
indefinito percorso da corrente. Campo generato da una spira circolare di
corrente. Problemi sui campi magnetici. Campo magnetico generato tra le
bobine di Helmholtz. Campo magnetico in un solenoide e analogia con il
campo magnetico di un magnete a barretta. Forza di Lorentz e traiettorie di
una carica elettrica immersa in un campo magnetico.
LABORATORIO: Campo magnetico in un solenoide e misura del campo
magnetico terrestre.
Teorema di Gauss e teorema della circuitazione di Ampère per il campo
magnetica. Applicazione del teorema della circuitazione di Ampère per il
calcolo del campo magnetico in un solenoide e in un toroide.
Forza di Lorentz e traiettoria circolare. Misura della carica specifica
dell’elettrone attraverso l’esperimento di Thomson.
LABORATORIO: misura della carica specifica dell’elettrone con il tubo di
Wehnelt e le bobine di Helmholtz.
Forza di Lorentz e moto elicoidale. Moto di una spira immersa in un campo
magnetico. Momento meccanico e momento magnetico. Comportamento dei
materiali ferromagnetici in presenza di un campo magnetico esterno e ciclo di
isteresi magnetica. Analisi di alcuni esperimenti di induzione elettromagnetica
e deduzione della variazione del flusso del campo magnetico attraverso la
sezione dei circuiti considerati. Legge di Faraday, Neumann, Lenz. Problemi
sulla legge di Lenz. Mutua induttanza e autoinduttanza. Circuiti R,L ed
energia associata ad un campo magnetico (energia concentrata in una
bobina). Equazioni di Maxwell: teoremi di Gauss per il campo elettrico e per il
campo magnetico. Teoremi della circuitazione di Ampère per il campo
elettrostatico e per il campo elettromotore. Corrente di spostamento e quarta
equazione di Maxwell. Tensione e corrente alternata. Alternatori. Densità
volumica di energia elettromagnetica e densità media (calcolo con la media
integrale). Irraggiamento. Cenni ai trasformatori e al problema del trasporto di
corrente elettrica (senza leggi).
RELATIVITÀ RISTRETTA
Cinematica relativistica
Introduzione al concetto di relatività dei sistemi di riferimento. Equazioni della
relatività galileiana per sistemi inerziali. Invarianza della meccanica
newtoniana per sistemi di riferimento galileiani. Velocità della luce e
incompatibilità con le trasformazioni di Galileo. Postulati della relatività
ristretta e verifiche sperimentali del secondo postulato: a) indipendenza della
velocità della luce dal moto della sorgente (decadimento dei pioni neutri in
due raggi gamma); b) accelerazione di elettroni al Cern (1964) con energia
accelerante sempre più grande e velocità tendente al valore c. Necessità di
definizione di una meccanica che sia valida anche per la luce. Necessità di
trasformazioni inerziali rispetto alle quali le equazioni di Maxwell risultino
invariante. Problema della sincronizzazione degli orologi e definizione di
sistema di riferimento. Relatività della simultaneità di eventi. Tempo proprio e
relatività del tempo: legge di dilatazione dei tempi e verifica sperimentale con
orologi atomici. Contrazione delle lunghezze. Esperimento con i muoni: legge
di dilatazione del tempo per il riferimento a Terra e legge di contrazione delle
lunghezze per il riferimento solidale con il muone. Paradosso dei gemelli.
Trasformazioni di Lorentz e leggi di trasformazioni delle velocità. Verifica
dell’invarianza della velocità della luce per trasformazioni di Lorentz. Metrica
euclidea e invarianza per trasformazioni galileiane. Metrica di Minkowski e
invariante spazio temporale.
Dinamica relativistica
Dall’esperimento dell’accelerazione di elettroni (CERN 1964) alla necessità
della ridefinizione della massa. Massa a riposo e massa di un corpo in
movimento; variazione dell’inerzia di un corpo in movimento; ridefinizione
della seconda legge della dinamica newtoniana: equazione; quantità di moto
e conservazione della quantità di moto totale; energia a riposo; energia
cinetica ed energia totale. Equivalenza massa-energia. Applicazioni della
conservazione della quantità di moto e dell’energia. Quadrimpulso energiaquantità di moto e invarianza relativistica. Energia e quantità di moto di un
fotone. Risoluzione di problemi di dinamica relativistica. Applicazioni in
problemi di decadimenti di pioni e muoni.
ORIGINI DELLA MECCANICA QUANTISTICA
Introduzione alla meccanica quantistica: interferenza di materia e analogia
con il comportamento delle onde meccaniche ed ettromagnetiche. Lunghezze
d’onda di ’pennelli’ materiali: lunghezza d’onda di pennelli elettronici.
Effetto fotoelettrico: apparato sperimentale e grafici dei risultati sperimentali.
Interpretazione classica della dipendenza di corrente elettronica dall’intensità
di energia e dalla tensione applicata. Significato della soglia fotoelettrica e
dell’indipendenza del potenziale di arresto dall’intensità di energia attraverso
l’introduzione del "quanto di luce": interpretazione di Einstein. Risoluzione di
problemi sull’effetto fotoelettrico.
Dall’effetto fotoelettrico ai concetti di quanto di radiazione e quanto di materia.
Effetto Compton e conferma sperimentale. Risoluzione di problemi relativi.
Analogie e differenze tra effetto fotoelettrico ed effetto Compton. Aspetti
corpuscolare e ondulatorio della radiazione, lunghezza d'onda associata alla
materia (cenni) e interpretazione dell'esperimento della doppia fenditura con
fotoni e con elettroni (cenni).
IL DOCENTE
Zeni Carmen
GLI STUDENTI RAPPRESENTANTI
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Da allegare al Documento di Classe – Esame di Stato 2014-2015
