LICEO SCIENTIFICO STATALE “G. Galilei” a. s. 2015/16 PROGRAMMA SVOLTO DI FISICA Classi: I S Docente: Valeria Viti LA MISURA E GLI ERRORI Proporzioni. Percentuali. Formule e formule inverse. La Fisica e le leggi della natura. Il metodo sperimentale. Le grandezze fisiche. Misure dirette e indirette. Grandezze omogenee e non omogenee. Il Sistema Internazionale di unità di misura. Unità dell’intervallo di tempo. Unità di lunghezze, aree e volumi. Conversione di unità di misura. Le caratteristiche degli strumenti di misura. Le cifre significative. La notazione scientifica. Ordine di grandezza. Operazioni e cifre significative. Il calibro. Errori di misura e incertezza della misura. Misure ripetute. La media. L’errore assoluto, relativo e percentuale. Massa e densità. La propagazione degli errori nelle misure indirette. LA RAPPRESENTAZIONE DI DATI E FENOMENI Le rappresentazioni di un fenomeno: tabella, grafico e formula Le grandezze direttamente proporzionali. La proporzionalità inversa. La dipendenza lineare. La proporzionalità quadratica. I grafici sperimentali; scelta della scala; rappresentazione degli errori nei grafici Lettura di un grafico: funzioni crescenti/decrescenti, funzioni costanti. OTTICA GEOMETRICA La propagazione della luce. La riflessione della luce. Gli specchi piani. Costruzione dell’immagine. Gli specchi sferici. Costruzione dell’immagine. L’equazione dei punti coniugati. L’ingrandimento. La rifrazione della luce. La riflessione totale. Le lenti. Costruzione dell’immagine prodotta da una lente. L’equazione delle lenti sottili. L’ingrandimento I VETTORI Grandezze scalari e grandezze vettoriali. Operazioni con i vettori Componenti cartesiane di un vettore. ESPERIENZE DI LABORATORIO - Strumenti di misura analogici e digitali: sensibilità, portata, letture di misure - Il calibro ventesimale - Misure dirette di lunghezza (calibro e misure ripetute) - Misure di densità di solidi, liquidi e gas. - Misura della densità dell’alcool - Lettura di grafici. Interpretazione dei grafici di progressione dei record mondiali di alcune specialità: 400 m stile libero, salto con l'asta, 100 m piani, salto in lungo. Considerazioni sul miglioramento della tecnica e della tecnologia, sul contesto sociale e culturale e relative conseguenze sull'andamento dei record. Valutazione della bontà di un record. - Formazione di ombre e penombre. Funzionamento del disco di Hartl; la riflessione della luce su uno specchio piano e sugli specchi sferici. Gli specchi sferici: localizzazione dell'immagine nei vari casi possibili. La rifrazione; la riflessione totale Lenti convergenti e lenti divergenti: utilizzo del disco di Hartl per la localizzazione del fuoco - RECUPERO Corso pomeridiano organizzato dalla scuola. Studio individuale. LICEO SCIENTIFICO STATALE “G. Galilei” a. s. 2015/16 PROGRAMMA SVOLTO DI FISICA Classe: II B, II C Docente: Valeria Viti I VETTORI E LE FORZE Richiami: grandezze scalari e vettoriali, operazioni con i vettori, forze. Forza peso e forza elastica. Le forze di attrito: attrito statico e attrito dinamico. L’EQUILIBRIO DEI SOLIDI L’equilibrio di un punto materiale. Vincoli e reazioni vincolari. Equilibrio su un piano orizzontale. Equilibrio su un piano inclinato. L’EQUILIBRIO DEI FLUIDI La pressione. La pressione nei fluidi. Il Principio di Pascal. Equilibrio statico nei fluidi. La legge di Stevino. La pressione atmosferica. Il principio di Archimede e il galleggiamento. Applicazioni del principio di Archimede. LA TEMPERATURA E IL CALORE La misura della temperatura. Le scale termometriche. La dilatazione termica. Dilatazione lineare. Dilatazione volumetrica dei solidi. Dilatazione volumetrica dei liquidi. Il calore. La propagazione del calore. La legge fondamentale della calorimetria. Il calore specifico di una sostanza. La capacità termica di un corpo. L’equilibrio termico. I cambiamenti di stato. CINEMATICA UNIDIMENSIONALE Descrizione del moto. Il sistema di riferimento. La rappresentazione grafica del moto. Il diagramma orario. La velocità media. La velocità istantanea. Il moto rettilineo uniforme. Legge oraria del moto rettilineo uniforme. Grafico spazio-tempo Il moto vario. L’accelerazione media e istantanea. Grafico velocità-tempo. Il moto rettilineo uniformemente accelerato. Legge della velocità e legge oraria del moto rettilineo uniformemente accelerato. Oggetti in caduta libera. LE LEGGI DEL MOTO DI NEWTON Il primo principio della dinamica. Sistemi di riferimento inerziali. Il secondo principio della dinamica. Il terzo principio della dinamica. Forza premente su una superficie e reazione vincolare. Il moto su un piano inclinato. Schemi del corpo libero. ESPERIENZE DI LABORATORIO (classe II B) - Allungamento di una molla (costruzione del grafico sperimentale per la determinazione della costante elastica) - Esperienze di idrostatica (mulinello idraulico, manometro a membrana, manometro a forma di “U” con scala graduata, manometro con lancetta per paradosso idrostatico) Esperienze riguardanti la pressione atmosferica (pompa a vuoto, “crepavesciche”, emisferi di Magdeburgo) La spinta di Archimede (bilancia idrostatica) - Osservazioni qualitative sulla dilatazione termica di solidi, liquidi e gas (dilatoscopio lineare, dilatoscopio cubico, etc.) Riscaldamento di una massa di acqua. Costruzione dei grafici sperimentali variazione di temperatura-tempo e variazione di temperatura-massa La propagazione del calore. Esperienze qualitative su conduzione e convezione (strumento per la conduzione con termometri, cassetta di Ingenhousz, strumento per i moti convettivi nei liquidi) Misura dell’equivalente in acqua del calorimetro. Misura del calore specifico del rame Il rigelo e la soprafusione Ebollizione dell’acqua e pressione (ebollizione dell'acqua a temperatura ambiente) Il marcatempo Funzionamento dell’air table . Il moto rettilineo uniforme. Costruzione dei grafici sperimentali spazio-tempo e velocità-tempo Moto uniformemente accelerato (air table). Costruzione dei grafici sperimentali spazio-tempo e velocità-tempo ESPERIENZE DI LABORATORIO (classe II C) - Allungamento di una molla (costruzione del grafico sperimentale per la determinazione della costante elastica) - Misura del coefficiente di attrito statico - Esperienze di idrostatica (mulinello idraulico, manometro a membrana, manometro a forma di “U” con scala graduata, manometro con lancetta per paradosso idrostatico) Vasi comunicanti e vasi capillari Esperienze riguardanti la pressione atmosferica (pompa a vuoto, “crepavesciche”, emisferi di Magdeburgo) La spinta di Archimede (bilancia idrostatica, baroscopio, diavoletto di Cartesio) Verifica quantitativa del principio di Archimede Temperatura di equilibrio termico. Costruzione del grafico sperimentale temperatura-tempo Osservazioni qualitative sulla dilatazione termica di solidi, liquidi e gas (dilatoscopio lineare, dilatoscopio cubico, etc.) Riscaldamento di una massa di acqua. Costruzione dei grafici sperimentali variazione di temperatura-tempo e variazione di temperatura-massa La propagazione del calore. Esperienze qualitative su conduzione e convezione (strumento per la conduzione con termometri, cassetta di Ingenhousz, strumento per i moti convettivi nei liquidi) Misura dell’equivalente in acqua del calorimetro. Misura del calore specifico del rame Il rigelo e la soprafusione Ebollizione dell’acqua e pressione (ebollizione dell'acqua a temperatura ambiente) Una “camminata nel corridoio”. Costruzione del grafico sperimentale spazio-tempo Il marcatempo Funzionamento dell’air table . Il moto rettilineo uniforme. Costruzione dei grafici sperimentali spazio-tempo e velocità-tempo Moto uniformemente accelerato (air table). Costruzione dei grafici sperimentali spazio-tempo e velocità-tempo Il tubo di Newton. RECUPERO Corso di recupero organizzato dalla scuola. Studio individuale LICEO SCIENTIFICO STATALE “G. Galilei” a. s. 2015/16 PROGRAMMA SVOLTO DI FISICA Classe: III E Docente: Valeria Viti MECCANICA DELLE PARTICELLE Il moto nel piano - I moti rettilinei (richiami) - I moti non rettilinei. Accelerazione tangenziale e accelerazione centripeta - La composizione dei moti - Il moto circolare uniforme - Il moto parabolico - Il moto armonico - Il moto armonico di una molla. Il pendolo La dinamica newtoniana - I principi della dinamica (richiami) - Schemi del corpo libero - Forza premente su una superficie e reazione vincolare - Applicazioni dei principi della dinamica: forze di attrito; corde e tensione; piano inclinato; oggetti collegati La relatività del moto - La relatività galileiana - I sistemi di riferimento non inerziali Le leggi di conservazione - Il lavoro di una forza costante e di una forza variabile - Energia cinetica e teorema delle forze vive - Le forze conservative e dissipative - Energia potenziale gravitazionale. Energia potenziale elastica - La legge di conservazione dell’energia meccanica - Il salto con l'asta e la conservazione dell'energia meccanica: trasformazione dell'energia nel caso dell'asta rigida e dell'asta che si comporta come una molla - La legge di conservazione dell’energia totale - La quantità di moto - Quantità di moto e seconda legge di Newton - La legge di conservazione della quantità di moto - L’impulso - Gli urti - Il centro di massa MECCANICA DEI CORPI ESTESI La dinamica dei corpi rigidi - Equilibrio statico di un punto materiale; equilibrio statico di un corpo rigido - Baricentro di un corpo rigido; equilibrio per un corpo appeso - Moto rototraslatorio dei corpi rigidi - Cinematica rotazionale - Relazioni tra grandezze lineari e rotazionali - Il moto di puro rotolamento - Energia cinetica di rotazione e momento d’inerzia - Conservazione dell’energia meccanica nel moto di puro rotolamento - La legge fondamentale della dinamica rotazionale - Il momento angolare. La conservazione del momento angolare La dinamica dei fluidi - Fluido e flusso ideali - Equazione di continuità - La conservazione della densità di energia: dimostrazione dell’equazione di Bernoulli. L'equazione di Bernoulli come legge di Stevino estesa ai fluidi in movimento - Applicazioni dell’equazione di Bernoulli: pressione e velocità; portanza di un’ala; legge di Torricelli GRAVITAZIONE UNIVERSALE - I modelli del cosmo; dai modelli geocentrici al sistema copernicano - Le leggi di Keplero - La legge della gravitazione universale di Newton - Attrazione gravitazionale tra corpi sferici. Esperimento di Cavendish - Massa inerziale e massa gravitazionale; il principio di equivalenza - Legge della gravitazione universale di Newton e leggi di Keplero: dimostrazione della seconda e della terza legge. I satelliti geostazionari - Il campo gravitazionale - Energia potenziale gravitazionale - Conservazione dell’energia nei fenomeni gravitazionali. Il moto dei satelliti ESPERIENZE DI LABORATORIO - Moto circolare uniforme e moto rettilineo uniforme (air table). - Il moto parabolico. Costruzione del grafico sperimentale x-y per la determinazione della traiettoria. - Urto elastico in due dimensioni con l’air table (esperienza quantitativa) - Il pendolo di Foucault: descrizione e funzionamento del pendolo presente nella scuola - Dispositivo per osservazioni qualitative sulla forza di Coriolis. - Principi di conservazione: verifica qualitativa della conservazione del momento angolare (sgabello girevole) LICEO SCIENTIFICO STATALE “G. Galilei” a. s. 2015/16 PROGRAMMA SVOLTO DI FISICA Classe: III S Docente: Valeria Viti MECCANICA DELLE PARTICELLE Il moto nel piano - I moti rettilinei (richiami) - I moti non rettilinei. Accelerazione tangenziale e accelerazione centripeta - La composizione dei moti - Il moto circolare uniforme - Il moto parabolico La dinamica newtoniana - I principi della dinamica (richiami) - Schemi del corpo libero - Forza premente su una superficie e reazione vincolare - Applicazioni dei principi della dinamica: forze di attrito; corde e tensione; piano inclinato; oggetti collegati Le leggi di conservazione - Il lavoro di una forza costante e di una forza variabile - Energia cinetica e teorema delle forze vive - Le forze conservative e dissipative - Energia potenziale gravitazionale. Energia potenziale elastica - La legge di conservazione dell’energia meccanica - Il salto con l'asta e la conservazione dell'energia meccanica: trasformazione dell'energia nel caso dell'asta rigida e dell'asta che si comporta come una molla - La legge di conservazione dell’energia totale - La quantità di moto - Quantità di moto e seconda legge di Newton - La legge di conservazione della quantità di moto - L’impulso - Gli urti - Il centro di massa MECCANICA DEI CORPI ESTESI La dinamica dei corpi rigidi - Equilibrio statico di un punto materiale; equilibrio statico di un corpo rigido - Baricentro di un corpo rigido; equilibrio per un corpo appeso - Moto rototraslatorio dei corpi rigidi - Cinematica rotazionale - Relazioni tra grandezze lineari e rotazionali - Il moto di puro rotolamento - Energia cinetica di rotazione e momento d’inerzia - Conservazione dell’energia meccanica nel moto di puro rotolamento - La legge fondamentale della dinamica rotazionale - Il momento angolare. La conservazione del momento angolare La dinamica dei fluidi - Fluido e flusso ideali - Equazione di continuità - La conservazione della densità di energia: dimostrazione dell’equazione di Bernoulli. L'equazione di Bernoulli come legge di Stevino estesa ai fluidi in movimento - Applicazioni dell’equazione di Bernoulli: pressione e velocità; portanza di un’ala; legge di Torricelli LEZIONI CON METODOLOGIA CLIL - Language practice: quantities and measurements; 1-D kinematics. - The Physics of Basketball. - Projectile motion: making hypothesis and testing predictions with a projectile simulator. RECUPERO Corso pomeridiano organizzato dalla scuola. Studio individuale. LICEO SCIENTIFICO STATALE “G. Galilei” a. s. 2015/16 PROGRAMMA SVOLTO DI FISICA Classe: IV D Docente: Valeria Viti GRAVITAZIONE UNIVERSALE - Dai modelli geocentrici al campo gravitazionale (ripasso e approfondimenti) TERMODINAMICA I gas e la teoria cinetica - Gas ideali - Le leggi dei gas ideali e l’equazione di stato dei gas ideali - Teoria cinetica dei gas: l’origine della pressione (dimostrazione) - Energia e temperatura Le leggi della termodinamica - Il calore e il principio zero della termodinamica - Il primo principio della termodinamica - Trasformazioni termodinamiche - Calori specifici di un gas ideale: a pressione costante, a volume costante - Il secondo principio della termodinamica - Macchine termiche. Il rendimento delle macchine termiche - Il ciclo di Carnot - Frigoriferi, condizionatori d'aria e pompe di calore (coefficiente di prestazione) - Funzionamento del motore a scoppio; ciclo Otto (cenno) - Entropia (cenno) ONDE Fenomeni periodici - La relazione tra moto circolare uniforme e moto armonico semplice. - L'oscillatore armonico. - Il pendolo. Onde e suono - Caratteristiche generali delle onde - Descrizione matematica di un’onda - Onde in una corda - La natura del suono - L’intensità del suono - L’effetto Doppler (dimostrazioni) - Il principio di sovrapposizione - Interferenza di onde sonore - Battimenti - Onde stazionarie Ottica fisica - La natura ondulatoria della luce - Il modello dell’ottica geometrica: richiami; approfondimento: dimostrazione della legge di Snell - Il principio di sovrapposizione e l’interferenza della luce - L’esperimento di Young - Interferenza su lamine sottili. Cunei d’aria. Gli anelli di Newton - La diffrazione della luce. Il principio di Huygens - Risoluzione delle immagini. Criterio di Rayleigh - Reticoli di diffrazione ELETTROSTATICA Cariche elettriche, forze e campi - La carica elettrica - Conduttori e isolanti - Elettrizzazione per contatto e per induzione. Polarizzazione - La legge di Coulomb. Il principio di sovrapposizione delle forze - La distribuzione delle cariche su una sfera - Il campo elettrico - Le linee del campo elettrico - Il campo elettrico all’interno di un conduttore - Il flusso del campo elettrico e la legge di Gauss - Campi elettrici generati da distribuzioni simmetriche di cariche (legge di Gauss applicata a: un guscio sferico conduttore neutro con particella carica al suo interno; un guscio sferico uniformemente caricato; una distribuzione piana uniformemente carica; un condensatore piano) Energia potenziale elettrica e potenziale elettrico - Energia potenziale in un campo elettrico - Il potenziale elettrico - La conservazione dell’energia - Il potenziale elettrico di una carica puntiforme ESPERIENZE DI LABORATORIO - Le onde prodotte in una molla - Riflessione di un'onda in una corda: estremo fisso e estremo variabile - Esperienze di acustica: la sirena di Seebeck; la sirena di Savart; la sirena di Cagnard de la Tour; il fischietto di Galton - Apparecchio per onde di corda: deduzione della relazione tra lunghezza d’onda e tensione della corda - Il principio di sovrapposizione e l'interferenza di onde: utilizzo delle molle e del tubo di Quincke - Il diapason e il fenomeno dei battimenti - Le onde stazionarie trasversali e longitudinali: utilizzo del simulatore Standing waves per la deduzione della relazione tra lunghezza d’onda e lunghezza della corda. La chitarra - L'ondoscopio: produzione di onde piane e di onde circolari; osservazione dei fenomeni di interferenza e diffrazione di onde prodotte con la vaschetta ondoscopica; l’effetto Doppler - Esperienze qualitative con il banco ottico: interferenza secondo Young; diffrazione attraverso una fenditura e attraverso un foro. La polarizzazione lineare e la luce polarizzata. LED. LASER - La Missione Rosetta: conferenza nell'ambito del progetto Pianeta Galileo, presso la facoltà di Giurisprudenza dell'Università degli Studi di Siena. - Le cariche elettriche. Elettrizzazione per strofinio. La polarizzazione. L’elettroscopio a foglie. Isolanti e conduttori. Il pendolino elettrostatico. L’induzione elettrostatica La legge di Coulomb (video PSSC). L’elettroforo di Volta. Il generatore di Van de Graaf. Le linee di forza del campo elettrico (esperienza con olio e semi) La distribuzione della carica in eccesso su una superficie conduttrice. Il potere delle punte e il vento elettrico. L’arganetto elettrico La schermatura elettrostatica. La gabbia di Faraday - LICEO SCIENTIFICO STATALE “G. Galilei” a. s. 2015/16 PROGRAMMA SVOLTO DI MATEMATICA Classe: IV D Docente: Valeria Viti Le funzioni goniometriche - Richiami su funzioni goniometriche, caratterizzazione delle funzioni e relativi grafici - Richiami sull’identità fondamentale e le formule degli angoli associati - Le formule di addizione e sottrazione, di duplicazione, bisezione, parametriche, prostaferesi e di Werner (cenno) Trigonometria - Richiami dei teoremi sui triangoli rettangoli e risoluzione dei triangoli rettangoli - Richiami sul teorema dell’area di un triangolo e del teorema della corda - Tangente dell'angolo formato da due rette - Teorema dei seni e teorema di Carnot - Risoluzione dei triangoli qualunque - Risoluzione di problemi di geometria piana per via trigonometrica, anche con l’uso di incognite, mediante equazioni, disequazioni e funzioni. Osservazioni sulle limitazioni per le incognite nella risoluzione dei problemi. Applicazioni alla fisica e ad altri contesti reali Trasformazioni geometriche e grafici deducibili (anche con l’utilizzo del software Geogebra) - Richiami su traslazioni e ribaltamenti di funzioni: esempi con funzioni goniometriche - Le dilatazioni: applicazioni alle funzioni goniometriche f x - Analisi grafica di y = 1/f(x), y = f (x) , y - Grafici deducibili dalle curve goniometriche con analisi della periodicità 2 Le equazioni e le disequazioni goniometriche - Equazioni goniometriche elementari in seno, coseno, tangente e cotangente - Equazione di secondo grado in una sola funzione goniometrica - Equazioni lineari in seno e coseno: metodo grafico e metodo algebrico - Risoluzione di equazioni goniometriche omogenee e non omogenee in seno e coseno - Sistemi di equazioni goniometriche - Disequazioni goniometriche elementari o riconducibili ad elementari - Disequazioni goniometriche lineari in seno e coseno - Il metodo dell'angolo aggiunto per disegnare il grafico di una funzione lineare in senx, cosx e per risolvere equazioni goniometriche lineari. - Disequazioni goniometriche di secondo grado in seno e coseno omogenee e non omogenee - Alcuni esempi di sistemi di disequazioni goniometriche Esponenziali e Logaritmi - Modelli di crescita esponenziale - La funzione esponenziale: caratterizzazione e grafico - La funzione logaritmica: caratterizzazione e grafico - Grafici deducibili - Le proprietà degli esponenziali e dei logaritmi - Equazioni e disequazioni esponenziali Equazioni e disequazioni logaritmiche Funzioni - Le funzioni reali di variabile reale - Caratterizzazione di funzioni: campo si esistenza, simmetrie, positività, periodicità, intersezioni con gli assi cartesiani - Definizione di estremo superiore e estremo inferiore di una funzione, di massimo e di minimo - Richiami sulle funzioni composte - Richiami su tutte le funzioni deducibili già affrontate - Grafici elementari e grafico probabile di una funzione: intere, fratte, irrazionali, esponenziali, logaritmiche e goniometriche Esplorazione di problemi in contesti differenti con modellizzazioni in ambito funzionale con relativi grafici probabili Limiti di funzioni - Dall’idea intuitiva di punto di accumulazione alla definizione di limite (finito e infinito) in un punto - Interpretazione grafica di limite e cenni sulla verifica di un limite - Asintoti verticali - Caratterizzazione delle funzioni continue e i punti di discontinuità - Limite finito di una funzione all’infinito e gli asintoti orizzontali - Limiti infiniti di una funzione all’infinito e gli asintoti obliqui - La definizione topologica di limite - Teoremi sui limiti: teorema dell’unicità del limite, della permanenza del segno, del confronto - Operazioni con i limiti - Le forme indeterminate - Analisi degli infiniti e loro confronto: calcolo dei limiti mediante la gerarchia degli infiniti (via grafica). - Le funzioni continue - I punti di discontinuità di una funzione - I teoremi sulle funzioni continue - La ricerca degli asintoti. Il grafico probabile di una funzione - I limiti notevoli fondamentali - Calcolo dei limiti con tutti gli strumenti introdotti, facendo anche uso di variabili ausiliarie Statistica - Statistica descrittiva: tabelle e tabelle a doppia entrata, frequenze e distribuzione delle frequenze, serie statistiche, serie storiche e seriazioni, rappresentazione grafica dei dati, poligono delle frequenze - Serie storiche e numeri indice: interpretazione della rappresentazione grafica di dati e dei relativi numeri indice a base fissa e a base mobile - Indici di posizione centrale - Indici di variabilità: campo di variazione, scarto semplice medio, scarto quadratico medio. La distribuzione di Gauss: analisi delle informazioni deducibili dalla curva gaussiana. Applicazione alla fisica: valore più probabile di una serie di misure e errore assoluto delle misure. Geometria dello spazio - Posizione di rette e piani nello spazio: visualizzazione mediante modelli. Posizione di due rette nello spazio. Sezioni piane di un cubo (video tratto da Flatlandia) - Rette perpendicolari ad un piano; il teorema delle tre perpendicolari; angoli piani e angoli diedri; misura di un diedro; angoloidi. - I poliedri. I prismi. I parallelepipedi. Le piramidi. I poliedri regolari. I solidi platonici. - I solidi di rotazione. - Lo sviluppo dei poliedri. Le aree dei solidi notevoli. - Volumi dei solidi notevoli - Problemi di geometria solida, anche con l’uso della trigonometria RECUPERO Corso pomeridiano organizzato dalla scuola. Studio individuale.