fisica-classe-5 - Liceo Mascheroni

LICEO SCIENTIFICO STATALE “LORENZO MASCHERONI”
24124 BERGAMO (BG) Via A. Da ROSCIATE, 21/A
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Cod.Mecc.BGPS05000B Cod.Fisc.95010190163
DIPARTIMENTO DI MATEMATICA E FISICA
Anno scolastico 2016/2017
PROGRAMMAZIONE DI FISICA PER LA CLASSE QUINTA
Secondo le indicazioni del nuovo Liceo Scientifico
LINEE GENERALI E COMPETENZE
Al termine del percorso liceale lo studente avrà appreso i concetti generali della fisica, le leggi e le teorie che
li esplicitano, acquisendo consapevolezza del valore conoscitivo della disciplina e del nesso tra lo sviluppo
della conoscenza fisica ed il contesto storico e filosofico in cui essa si è sviluppata.
In particolare lo studente avrà acquisito le seguenti competenze: osservare e identificare fenomeni; formulare
ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi; formalizzare un problema di fisica e applicare gli
strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione; fare esperienza e rendere ragione del
significato dei vari aspetti del metodo sperimentale, dove l’esperimento è inteso come interrogazione
ragionata dei fenomeni naturali, scelta delle variabili significative, raccolta e analisi critica dei dati e
dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e/o validazione di modelli; comprendere e valutare le
scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive.
OBIETTIVI SPECIFICI DI APPRENDIMENTO
Lo studente completerà lo studio dell’elettromagnetismo con l’induzione magnetica e le sue applicazioni, per
giungere, privilegiando gli aspetti concettuali, alla sintesi costituita dalle equazioni di Maxwell; affronterà
anche lo studio delle onde elettromagnetiche, della loro produzione e propagazione, dei loro effetti e delle
loro applicazioni nelle varie bande di frequenza.
Il percorso didattico, compatibilmente con i tempi di apprendimento della classe, comprenderà le conoscenze
sviluppate nel XX secolo relative al microcosmo e al macrocosmo, accostando problematiche che
storicamente hanno portato ai nuovi concetti di spazio e tempo, massa ed energia.
Si presterà attenzione ad utilizzare un formalismo matematico accessibile agli studenti, ponendo sempre in
evidenza i concetti fondanti.
Lo studio della teoria della relatività ristretta di Einstein porterà lo studente a confrontarsi con la simultaneità
degli eventi, la dilatazione dei tempi e la contrazione delle lunghezze; l’aver affrontato l’equivalenza massaenergia gli permetterà di sviluppare un’interpretazione energetica dei fenomeni nucleari (radioattività,
fissione, fusione).
L’affermarsi del quanto di luce potrà essere introdotto attraverso lo studio della radiazione termica e
dell’ipotesi di Planck (affrontati anche solo in modo qualitativo) e sarà sviluppato da un lato con lo studio
dell’effetto fotoelettrico e della sua interpretazione da parte di Einstein e, dall’altro lato, con la discussione
delle teorie e dei risultati sperimentali che evidenziano la presenza di livelli energetici discreti nell’atomo.
L’evidenza sperimentale della natura ondulatoria della materia, postulata da De Broglie ed il principio di
indeterminazione potrebbero concludere il percorso in modo significativo.
La dimensione sperimentale potrà essere ulteriormente approfondita con attività da svolgersi non solo nel
laboratorio didattico della scuola, ma anche presso laboratori di Università ed enti di ricerca, aderendo anche
a progetti di orientamento.
Anno scolastico 2016-17
Fisica classe 5a
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Liceo Scientifico “L. Mascheroni”
Dipartimento di Matematica-Fisica
Lo studente dovrà quindi:
 acquisire un quadro organico della teoria di base, riguardante un ampio campo di fenomeni, fino a
costituire un'immagine consistente della disciplina nel suo complesso;
 acquisire padronanza nei metodi di soluzione di problemi quantitativi elementari, allo scopo di
recepire con chiarezza le idee e i concetti teorici;
 valutare le potenzialità e i limiti di un modello;
 cogliere l'interazione reciproca tra il progresso scientifico e l'evoluzione della società, considerata nei
suoi aspetti tecnologico e ambientale.
LINEE METODOLOGICHE DI INSEGNAMENTO
A caratterizzare l'insegnamento della fisica saranno:
 una trattazione organica/sistematica dei vari capitoli della fisica, con formalizzazione matematica e
approfondimenti teorici;
 la discussione "critica" di alcuni concetti fondamentali e l'attenzione particolare al rigore delle diverse
teorie e impostazioni;
 esperimenti dimostrativi e altri quantitativi secondo le possibilità offerte dal laboratorio, con relativa
rilevazione dei dati, analisi degli stessi e rapporto a modelli teorico - matematici;
 la risoluzione di problemi di varia difficoltà (che comportino l'applicazione di leggi in modo
consapevole, non la sola sostituzione di valori numerici in formula) e/o di test a risposta aperta o a
scelta multipla.
Le diverse fasi del lavoro in classe possono essere così sintetizzate:
 presentazione di una situazione problematica mediante un'esperienza in laboratorio e/o l'indagine storica
e/o l'analisi teorica;
 sistemazione formale utilizzando gli strumenti matematici acquisiti;
 verifica delle leggi in laboratorio;
 problemi di rafforzamento.
CRITERI E MODALITÀ DI VALUTAZIONE
Il lavoro svolto sarà valutato attraverso:
*0 verifiche scritte;
*1 verifiche orali e/o verifiche scritte per l’orale;
*2 controllo del lavoro individuale e/o di gruppo.
In particolare per la valutazione si farà riferimento al numero di prove deliberato dal collegio docenti e sarà
considerata anche la capacità dello studente di partecipare in modo costruttivo, razionale e problematico al
lavoro di classe.
Anno scolastico 2015-16
Fisica classe 5a
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Liceo Scientifico “L. Mascheroni”
Dipartimento di Matematica-Fisica
A. Elettromagnetismo
UNITA' DIDATTICA
Induzione
elettromagnetica
Equazioni di Maxwell e
Onde Elettromagnetiche
CONTENUTI MINIMI
IRRINUNCIABILI
PREREQUISITI
• Il concetto generale di campo.
• Il campo elettrico.
• Il campo elettrostatico
• Il campo gravitazionale
• I campi conservativi
• Il campo magnetico e relative
proprietà.
• La forza di Lorentz.
• Calcolo del flusso di un campo
vettoriale
• Campo magnetico di una spira
e di un solenoide
• Densità di energia del campo
elettrostatico
• Campo elettrico all'interno di
un condensatore
• Forza elettromotrice indotta
• Legge di Faraday
• Legge di Neumann
• Legge di Lenz
• Autoinduzione, coefficienti di
autoinduzione, l'induttanza
• Densità di energia del campo
magnetico
• Onde oscillazioni
• Propagazione delle onde
• Energia e impulso trasportato
da un'onda
• Interferenza, diffrazione,
rifrazione
• La risonanza
• Leggi del flusso e della
cirçuitazione per il campo
elettrico e magnetico stazionari
nel vuoto
• Relazione tra campi elettrici e
magnetici variabili.
• Il termine mancante: La corrente
di spostamento.
• Sintesi dell'elettromagnetismo:
le equazioni di Maxwell
• Onde elettromagnetiche
• Lo spettro elettromagnetico
• Intensità di un'onda
elettromagnetica
Possibili esperienze di
laboratorio: Esperienze di
Faraday
Possibili esperienze di
laboratorio: generazione e
proprietà delle onde
elettromagnetiche
Anno scolastico 2016-17
Fisica classe 5a
ABILITA'
COMPETENZE
• Descrivere esperimenti che mostrino il
fenomeno dell'induzione elettromagnetica
• Discutere l'equazione della legge di Faraday
• Discutere la legge di Lenz
• Discutere la legge di Neumann-Lenz
• Descrivere le relazioni tra Forza di Lorentz e
forza elettromotrice indotta
• Calcolare il flusso di un campo magnetico
• Calcolare le variazioni di flusso di campo
magnetico
• Calcolare correnti indotte e forze
elettromotrici indotte
• Derivare l'induttanza di un solenoide
• Risolvere problemi di applicazione delle
formule studiate inclusi quelli che richiedono il
calcolo delle forze su conduttori in moto in un
campo magnetico
• Illustrare le equazioni di Maxwell nel vuoto
espresse in termini di flusso e circuitazione
• Argomentare sul problema della corrente di
spostamento
• Descrivere le caratteristiche del campo
elettrico e magnetico di un'onda
elettromagnetica e la relazione reciproca
• Conoscere e applicare il concetto di intensità
di un'onda elettromagnetica
• Collegare la velocità dell'onda con l'indice di
rifrazione
• Descrivere lo spettro continuo ordinato in
frequenza ed in lunghezza d'onda
• Illustrare gli effetti e le applicazioni delle onde
EM in funzione di lunghezza d'onda e frequenza
• Essere in grado di
riconoscere il fenomeno
dell'induzione in situazioni
sperimentali
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• Essere in grado di
collegare le equazioni di
Maxwell ai fenomeni
fondamentali dell'elettricità
e del magnetismo e
viceversa
Liceo Scientifico “L. Mascheroni”
Dipartimento di Matematica-Fisica
B. Relatività
PREREQUISITI
CONTENUTI MINIMI IRRINUNCIABILI
• Relatività galileiana
• Sistemi inerziali
• Trasformazioni di coordinate
• Invarianti
• Legge non relativistica di addizione
delle velocità
• Dalla relatività galileiana alla relatività ristretta
• l postulati della relatività ristretta
• Tempo assoluto e simultaneità degli eventi
• Dilatazione dei tempi e contrazione delle lunghezze:
evidenze sperimentali
• Trasformazioni di Lorentz e Legge di addizione
relativistica delle velocità; limite non relativistico:
addizione galileiana delle velocità
• lnvariante relativistico
• Legge di conservazione della quantità di moto
• Dinamica relativistica. Massa, energia
ABILITA'
• Saper applicare le relazioni sulla
dilatazione dei tempi e contrazione
delle lunghezze
• Saper risolvere semplici problemi di
cinematica e dinamica relativistica
• Saper risolvere semplici problemi su
urti e decadimenti di particelle
COMPETENZE
• Saper argomentare, usando
almeno uno degli esperimenti
classici, sulla validità della teoria
della relatività
• Saper riconoscere il ruolo della
relatività nelle applicazioni
tecnologiche
C. Fisica Quantistica
PREREQUISITI
• L'esperimento di Rutherford e
modello atomico
• Spettri atomici
• Interferenza e diffrazione
(onde, ottica)
• Scoperta dell'elettrone
• Urti classici
CONTENUTI MINIMI
IRRINUNCIABILI
• L'emissione di corpo nero e l'ipotesi di
Planck
• L'esperimento di Lenard e la spiegazione
di Einstein dell’effetto fotoelettrico
• L'effetto Compton
• Modello dell'atomo di Bohr e
interpretazione degli spettri atomici
• L'esperimento di Franck - Hertz
• Lunghezza d'onda di De Broglie
• Dualismo onda-particella. Limiti di
validità della descrizione classica
• Diffrazione/lnterferenza degli elettroni
• Il principio di indeterminazione
Possibili esperienze di laboratorio: effetto
fotoelettrico secondo Lenard,
spettroscopia di atomi idrogenoidi
ABILITA'
• Illustrare il modello del corpo nero e interpretarne la curva di
emissione in base al modello di Planck
• Applicare le leggi di Stefan-Boltzmann e di Wien
• Applicare l'equazione di Einstein dell'effetto fotoelettrico per la
risoluzione di esercizi
• Illustrare e saper applicare la legge dell'effetto Compton
• Calcolare le frequenze emesse per transizione dai livelli dell'atomo
di Bohr
• Descrivere la condizione di quantizzazione dell'atomo di Bohr
usando la relazione di De Broglie
• Calcolare l'indeterminazione quantistica sulla posizione/quantità di
moto di una particella
• Calcolare la lunghezza d'onda di una particella
• Riconoscere i limiti della trattazione classica in semplici problemi.
D. Argomenti e approfondimenti di Fisica avanzata: fisica nucleare
Anno scolastico 2016-17
Fisica classe 5a
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COMPETENZE
• Saper riconoscere il ruolo
della fisica quantistica in
situazioni reali e in
applicazioni tecnologiche
Liceo Scientifico “L. Mascheroni”
Dipartimento di Matematica-Fisica
I Docenti del Dipartimento di Matematica e Fisica - anno scolastico 2016 - 2017
Anno scolastico 2016-17
1. BELLOMO Alba
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2. BETTONI Ferdinando
______________________________
3. BRENA Alessandra
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4. CHERILLO Michele
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5. DOBROWOLSKA Wiera Barbara
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6. FERRARI Mariangela
______________________________
7. FORNONI Mariateresa
______________________________
8. FUSARO Angelo
______________________________
9. GOGLIO Silveria
______________________________
10. GRITTI Annamaria
______________________________
11. MARINONI Corrado
______________________________
12. MATTINA Salvatore
______________________________
13. MATTIOLI Laura
______________________________
Fisica classe 5a
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Liceo Scientifico “L. Mascheroni”
Dipartimento di Matematica-Fisica
14. MORENI Stefania
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15. MUSCO Loredana
______________________________
16. PEZZOTTA Antonio
______________________________
17. PEZZOTTA Paola
______________________________
18. PREVITALI Patrizia
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19. SIGNORELLI Paola
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20. SOTTOCORNOLA Luca
______________________________
21. TORCHITTI Angelo
______________________________
Bergamo, 25 ottobre 2016
Anno scolastico 2016-17
Fisica classe 5a
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