Classe 5D - Fisica

PROGRAMMAZIONE DIDATTICA ANNUALE
ANNO SCOLASTICO 2016/2017
DOCENTE PROF. GIAMPIERO MACARI
MATERIA DI INSEGNAMENTO: FISICA
CLASSE 5D SCIENZE APPLICATE
Risultati di apprendimento in termini di Competenze
Lo studio della Fisica, così come lo studio delle altre discipline, concorre alla formazione culturale ed intellettiva
dello studente, grazie ad un percorso personale di crescita, finalizzato all’acquisizione di competenze specifiche, che
faciliteranno il suo inserimento nel tessuto sociale e nelle future realtà scolastiche e lavorative di cui sarà membro.
In quest’ottica, attraverso l’insegnamento della Fisica ci si propone di:
 far comprendere l’importanza del metodo scientifico e la necessità di attenersi ai dati oggettivi, nell’approccio
alla disciplina;
 far comprendere l’importanza dell’evoluzione scientifica per lo sviluppo della società, e l’importanza della
ricerca per continuare lungo questo cammino;
 far comprendere le potenzialità, ma anche i limiti, delle conoscenze scientifiche;
 far sì che l’allievo sviluppi un atteggiamento critico nei confronti della realtà fenomenica e soprattutto sociale;
 comunicare il piacere della ricerca della verità, ed il gusto della scoperta;
 Saper cogliere ed apprezzare l'utilità del lavoro di gruppo come momento di scambio di idee;
 far comprendere la correlazione tra tutte le discipline di tipo scientifico, e l’importanza dei contributi di ciascuna
di esse ai fini di una crescita che non sia solo tecnologica ma anche e soprattutto etica;
 far comprendere l’importanza di dover collocare storicamente gli studi di fisica ed i fisici stessi, filtrando le loro
teorie e le loro credenze attraverso il paradigma in cui si muovevano.
Nello specifico della disciplina, lo studente intraprenderà un percorso finalizzato al raggiungimento di competenze
quali:
 acquisizione di un corpo organico di conoscenze e metodi finalizzati ad una adeguata interpretazione della natura;
 acquisizione di un linguaggio specifico corretto e sintetico;
 capacità di astrazione e di generalizzazione dei principi fisici esaminati;
 capacità di applicare le leggi fisiche studiate a problemi ed esercizi;
 utilizzo corretto dei fondamentali strumenti matematici sia di calcolo che di rappresentazione delle teorie fisiche
analizzate;
 esecuzione corretta di semplici misure con chiara consapevolezza delle operazioni e degli strumenti utilizzati
raccogliendo, ordinando e rappresentando i dati ricavati e sapendo anche mettere in rilievo l’incertezza di tali
misure e la precisione degli strumenti utilizzati;
 capacità di esporre dati relativi all’attività sperimentale e le relazioni tra le grandezze fisiche esaminate in teoria
attraverso grafici e tabelle, così come capacità di leggere ed interpretare correttamente i dati espressi attraverso
di essi.
Le competenze disciplinari specifiche dell'anno scolastico in corso, sono inserite nelle sottostanti tabelle relative ai vari
moduli didattici.
Abilità, conoscenze e contenuti del programma
1. I CIRCUITI ELETTRICI
Conoscenze:
Abilità:
Competenze:
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Resistenze in serie e in parallelo (ripasso);
Il funzionamento di voltmetri e amperometri;
I circuiti RC;
Potenza elettrica ed effetto Joule.
Saper lavorare con le grandezze studiate e con le loro unità di misura;
Saper trovare resistenze equivalenti in sistemi di resistenze collegate in serie e/o in
parallelo;
Saper risolvere circuiti elettrici.
Saper padroneggiare le unità di misura relative a intensità di corrente, resistenza, f.e.m.
e saperne stimare l’ordine di grandezza negli strumenti elettrici di uso quotidiano;
Saper utilizzare un tester per misurare intensità di corrente, differenze di potenziale e
resistenze.
Comprendere il legame tra il concetto macroscopico di corrente e il concetto
microscopico di velocità di deriva;
Conoscere il significato delle leggi di Ohm in relazione al problema del trasporto
dell’energia elettrica e all’effetto Joule;
Comprendere, in linea generale, il principio di funzionamento di un semplice circuito
elettrico.
2. IL CAMPO MAGNETICO
Conoscenze:
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Abilità:
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Competenze:
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Introduzione al magnetismo, il campo magnetico terrestre e le linee di campo;
I campi magnetici generati dalle correnti e la scelta dell'ampère come unità di misura
fondamentale della corrente elettrica;
Il vettore induzione magnetica;
Il campo magnetico generato da particolari distribuzioni di correnti: filo rettilineo, spira
circolare, solenoide;
Il teorema di Gauss per il magnetismo e il teorema della circuitazione di Ampère;
La forza di Lorentz e l'effetto Hall;
Il moto di una particella carica in un campo magnetico uniforme e lo spettrografo di
massa;
L'azione di un campo magnetico su una spira percorsa da corrente e il motore elettrico;
Le proprietà magnetiche della materia: materiali diamagnetici, paramagnetici e
ferromagnetici; il ciclo di isteresi.
Saper definire l'ampère e riconoscerlo come grandezza fondamentale; saper lavorare
con le unità di misura studiate, riconducendole alle grandezze fondamentali del SI;
Saper risolvere problemi relativi ai campi magnetici generati da correnti elettriche;
Saper risolvere problemi di dinamica di cariche elettriche in moto in un campo
magnetico uniforme;
Saper lavorare con problemi relativi a spire percorse da corrente in un campo
magnetico.
Riconoscere la mutua relazione tra fenomeni elettrici e fenomeni magnetici;
Comprendere il significato dei teoremi di Gauss e Ampère in quanto equazioni
fondamentali dell'elettromagnetismo;
Conoscere la forza di Lorentz e il modo in cui agisce;
Comprendere il funzionamento di un motore elettrico in relazione ai principi che ne
sono alla base.
3. L'INDUZIONE ELETTROMAGNETICA
Conoscenze:
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Le correnti indotte e il flusso concatenato;
La legge di Faraday - Neumann e la legge di Lenz;
La mutua induzione e autoinduzione;
I circuiti RL e l'energia del campo magnetico;
I circuiti elettrici a corrente alternata; circuiti induttivi e capacitivi;
Il trasformatore.
Abilità:
Competenze:
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Saper risolvere problemi relativi a correnti indotte e flusso concatenato,
Saper analizzare circuiti elettrici RL e circuiti a corrente alternata;
Saper spiegare il funzionamento di trasformatori ed alternatori.
Riconoscere la mutua relazione tra fenomeni elettrici e fenomeni magnetici;
Comprendere il concetto di corrente indotta e la sua utilità nei circuiti elettrici;
Comprendere il concetto di corrente alternata e la differenza rispetto alla corrente
continua, anche in relazione alle modalità di produzione ed ai vantaggi del suo utilizzo.
4. LE ONDE ELETTROMAGNETICHE E LE EQUAZIONI DI MAXWELL
Conoscenze:
Abilità:
Competenze:
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Le equazioni di Maxwell e la loro spiegazione in termini di campo elettromagnetico;
Le onde elettromagnetiche e la loro propagazione;
Lo spettro elettromagnetico.
Saper enunciare le equazioni di Maxwell e saper spiegare tutti i fenomeni elettrici e
magnetici precedentemente studiati in termini di esse, anche come casi particolari,
come quelli che si presentano in elettrostatica;
Saper risolvere problemi relativi alla propagazione delle onde elettromagnetiche;
Comprendere il significato profondo delle equazioni di Maxwell;
Comprendere il principio con cui si propaga un'onda elettromagnetica;
Conoscere i principali tipi di onde elettromagnetiche e le loro proprietà in relazione alle
loro applicazioni da parte dell'uomo.
5. LA TEORIA DELLA RELATIVITÀ
Conoscenze:
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Abilità:
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Competenze:
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L'etere ed il problema della propagazione della luce: l'esperimento di Michelson Morley;
Le trasformazioni galileiane e i sistemi di riferimento inerziali;
I due postulati di Einstein e i fondamenti della relatività ristretta;
La composizione delle velocità;
Lo spazio - tempo di Minkowsky;
Il concetto di simultaneità e la dilatazione dei tempi; il paradosso dei gemelli;
La contrazione delle lunghezze;
Le trasformazioni di Lorentz;
La massa relativistica e la conservazione della quantità di moto;
La relazione tra massa ed energia;
Elementi di relatività generale: il principio di equivalenza tra massa inerziale e massa
gravitazionale; la curvatura dello spazio - tempo.
Saper enunciare i princîpi alla base della teoria della relatività;
Saper lavorare con le trasformazioni di Lorentz per calcolare variazioni di lunghezze e
tempi in problemi relativistici;
Saper interpretare le linee di universo nel piano di Minkowsky;
Saper eseguire equivalenze tra massa ed energia, e saper risolvere semplici problemi di
meccanica relativistica che richiedono l'uso di tale equivalenza;
Saper enunciare e spiegare il significato dell'esperimento dell'ascensore;
Saper fornire un modello geometrico per la curvatura dello spazio - tempo;
Saper enunciare importanti risultati previsti dalla teoria della relatività generale, quali
lenti gravitazionali, onde gravitazionali e buchi neri.
Riconoscere la meccanica classica come approssimazione e limite della meccanica
relativistica;
conoscere i princîpi alla base della teoria della relatività e le loro conseguenze nei
fenomeni reali;
Comprendere il significato dell'equivalenza tra massa ed energia;
Comprendere il significato dell'equivalenza tra massa inerziale e massa gravitazionale;
Comprendere l'importanza dei modelli di geometrie non euclidee nello studio della
relatività generale.
6. LA NASCITA DELLA FISICA QUANTISTICA
Conoscenze:
Abilità:
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L'esperimento di Thomson e la scoperta dell'elettrone;
La radiazione di corpo nero e il modello a quanti di Planck;
L'effetto fotoelettrico e la teoria corpuscolare della luce;
L'effetto Compton;
Elementi di spettroscopia;
I modelli atomici di Thomson, Rutherford e Bohr.
Saper risolvere semplici problemi di meccanica quantistica relativi alla relazione tra
energia, frequenza e lunghezza d'onda di fotoni - elettroni.
Essere in grado di descrivere l’effetto fotoelettrico e di enunciare l’equazione di
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Competenze:
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Einstein che lo interpreta.
Essere in grado di mostrare come il concetto di fotone spieghi tutti gli aspetti
dell’effetto fotoelettrico e della diffusione Compton di raggi X.
Essere in grado di inquadrare il problema del corpo nero nel contesto storico, filosofico
e scientifico in cui si è sviluppato;
Comprendere il concetto di quanto come unità fondamentale discreta dell'energia, e
come superamento delle contraddizioni a cui conducevano i modelli continui di materia
ed energia.
Saper descrivere i modelli atomici studiati, riportando gli esperimenti che hanno
portato
alla
loro
formulazione
e
riconoscendone
i
limiti;
7. MECCANICA QUANTISTICA
Conoscenze:
Abilità:
Competenze:
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Il dualismo onda - corpuscolo e l'equazione di De Broglie;
La meccanica ondulatoria di Schrödinger;
Il principio di indeterminazione di Heisenberg;
I numeri quantici dell'atomo e il principio di esclusione di Pauli.
Saper risolvere semplici problemi relativi all'equazione di De Broglie e al principio di
indeterminazione di Heisenberg;
saper stabilire la configurazione elettronica di un atomo in relazione ai numeri quantici;
Comprendere il significato del dualismo onda - particella;
Comprendere il significato della funzione d'onda di Schrödinger e del principio di
indeterminazione di Heisenberg anche in relazione alle conseguenze filosofiche ed
epistemologiche;
POSSIBILI ESPERIENZE PRATICHE
L’utilizzo del laboratorio sarà, a differenza di quanto avviene o dovrebbe avvenire nel biennio, saltuario, in quanto, in
linea con le direttive ministeriali,
“nel secondo biennio il percorso didattico deve dar maggior rilievo all’impianto
teorico e alla sintesi formale, con l’obiettivo di formulare e risolvere problemi più
impegnativi, tratti anche dall’esperienza quotidiana, sottolineando la natura quantitativa e
predittiva delle leggi fisiche”.
Potrebbero comunque essere svolte esperienze relative a:
 Il campo magnetico e la visualizzazione delle linee di campo, anche quando il campo è generato da
campi elettrici in fili, spire e solenoidi;
 induzione elettromagnetica;
 Il tubo a raggi catodici;
 La realizzazione di circuiti elettrici in corrente alternata;
 La realizzazione di generatori, motori elettrici, alternatori e trasformatori;
sempre in accordo con le direttive ministeriali, secondo cui al quinto anno
"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"
potrebbe essere messo in atto un progetto di collaborazione con l'Università di Bologna relativo ad un percorso di
meccanica quantistica avente per nucleo "L'esperimento più bello della Fisica": vale a dire l'esperimento a doppia
fenditura di Young condotto con elettroni, ritenuto impossibile da Feynmann e realizzato per la prima volta dal team di
scienziati italiani Merli, Missiroli e Pozzi.
Scansione temporale dei contenuti
Si riporta di seguito la tabella (indicativa) del periodo in cui svolgere ciascuna unità didattica:
Primo trimestre
Unità 1
Tempi
Unità 2
Tempi
Unità 3
Tempi
Unità 4
Tempi
Unità 5
Tempi
Unità 6 - 7
Tempi
Secondo pentamestre
I circuiti elettrici
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Il campo magnetico
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nov
L'induzione elettromagnetica
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nov
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Le onde elettromagnetiche e le equazioni di Maxwell
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ott
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La teoria della relatività
sett
sett
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ott
nov
nov
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dic
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gen
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feb
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mar
apr
Fisica quantistica
set
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ott
ott
nov
nov
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gen
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feb
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mar
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apr
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mag
giu
Metodologia: Strategie educative, strumenti e tecniche di lavoro, attività di laboratorio, attività di
progetto, didattica innovativa attraverso l’uso delle LIM, forme di apprendimento attraverso la didattica
laboratoriale
L’approccio alla materia sarà generalmente di tipo razionale e darà grande rilievo all’impianto teorico e alla sintesi
formale. L’insegnante non trascurerà di prendere spunto dalla realtà quotidiana e dall’esperienza per affrontare problemi
ed esercizi, e per non dissociare lo studio dal mondo dei fenomeni: vero oggetto di tutti gli studi di fisica e della ricerca
scientifica. In particolare, si darà molta importanza alle unità di misura e al loro ordine di grandezza, in relazione agli
oggetti su cui si applicano.
L’utilizzo del laboratorio sarà saltuario e sarà generalmente atto a verificare leggi precedentemente introdotte a
lezione. L’esperienza di laboratorio potrebbe essere accompagnata da una relazione in cui si richiederà rigore, capacità di
sintesi e precisione di calcolo.
L’approccio sarà a volte di tipo multimediale, attraverso la visione di filmati (in particolare i filmati del PSSC e di Rai
Educational) e attraverso l’uso di simulazioni al computer, effettuate utilizzando la LIM della classe: strumento che
permetterà anche di reperire informazioni nel web.
Nel quadro del progetto CLIL, alcune parti di programma potrebbero essere svolte in lingua inglese. Verranno
comunque sempre svolti in inglese gli esercizi che il libro di testo presenta in tale lingua e ogni interrogazione prevedrà
una parte da discutere in inglese. Anche in qualche verifica scritta potrebbe essere inserito un esercizio in inglese, ma si
lascerà all'alunno la possibilità di discuterlo nella lingua che preferisce. In ogni caso gli aspetti linguistici non entreranno
nella valutazione.
Strumenti e metodologie per la valutazione degli apprendimenti
Il raggiungimento progressivo degli obiettivi ed il loro grado di interiorizzazione ed assimilazione sarà verificato
attraverso esercitazioni di varie tipologie, sia all’interno, che a conclusione di ogni percorso didattico significativo.
Le prove di verifica saranno sostanzialmente di due tipi: prove di verifica scritta e prove orali. Le prove di verifica
scritta avverranno alla fine di ogni unità didattica o di più unità didattiche correlate, e verranno valutate in decimi sulla
base di un punteggio assegnato ad ogni esercizio. La correzione delle stesse avverrà tramite griglie oggettive nelle quali
verranno specificati sia i punti relativi a ciascun esercizio, sia i punti relativi agli errori commessi; i punteggi saranno quasi
sempre espressi in centesimi e verranno poi tradotti in voti con il seguente criterio:
La terza colonna rappresenta il valore
numerico che verrà inserito nel registro
elettronico, che richiede l’inserimento dei
voti sotto forma di numeri decimali
compresi tra 0 e 10. Ovviamente tale
schema si ripeterà identico per
interpretare tutti gli altri punteggi. Qualche volta, se l’insegnante dovesse ritenere il compito particolarmente difficile, il
punteggio massimo non sarà 100 ma 103 o addirittura 105: in tal caso all’alunno che supererà i 100 punti verrà
simbolicamente assegnata la lode, che a livello giuridico non avrà alcuna rilevanza, ma che sarà fonte di grande
soddisfazione per lo studente e per l’insegnante.
Le prove potranno essere sia a risposta aperta che a risposta chiusa, anche in prospettiva dei futuri test che gli alunni
dovranno sostenere nel loro percorso scolastico e lavorativo (prove invalsi, prove di maturità, test di ammissione
punteggio
49 – 50 – 51
52 –53
54 – 55 – 56
57 – 58
voto sul compito
5
5+
5½
5/6
voto su registro elettronico
5,00
5,25
5,50
5,75
universitari, concorsi… ). Si potranno svolgere anche prove che simuleranno esperienze di laboratorio, in cui si chiederà di
elaborare dati e trarre conclusioni.
In ogni caso il criterio generale con cui vengono assegnati i punti e gli errori agli esercizi è quello in cui al voto
ottenuto mediante la griglia corrisponde lo stesso voto enunciato nella griglia presente nel POF dell’Istituto sulla base di
conoscenze, abilità e competenze generali che corrispondono a quel voto, e che devono essere trasposte al contesto in cui
si è svolta la prova.
Le prove orali saranno distribuite casualmente all’interno del corso ed anche per esse vale il criterio generale secondo
cui il voto è tarato su quello della scala presente nel POF. L’interrogazione sarà analizzata attraverso i seguenti parametri
di giudizio:
 Conoscenze teoriche;
 Comprensione dei contenuti;
 Capacità di risolvere esercizi di tipo standard;
 Abilità espressive: formalismo e linguaggio;
 Capacità di sintesi e di risoluzione di esercizi non standard.
Nella valutazione finale del quadrimestre si terrà conto anche di:
 Risposte date alle domande dal posto;
 Partecipazione alla lezione con interventi opportuni;
 Correttezza e cura degli appunti;
 Impegno nello svolgere i compiti assegnati a casa.
 Percorso personale rispetto ai livelli di partenza.
Quanto al numero minimo di valutazioni per quadrimestre, si rimanda alla programmazione di istituto. Il voto
complessivo sarà in primo luogo il risultato della media aritmetica dei singoli voti verbalizzati, e verrà approssimato per
difetto all’intero. L’approssimazione potrebbe avvenire per eccesso qualora siano positivi gli indicatori qui sopra riportati,
e nel caso in cui la prima cifra decimale (per troncamento) non sia inferiore a 4. In ogni caso tale valutazione verrà fatta
dall’insegnante caso per caso e verrà opportunamente spiegata e motivata.
Attività di supporto ed integrazione. Iniziative di recupero
Verranno svolti corsi di recupero pomeridiano qualora se ne presentasse la necessità: ossia nel caso che un gruppo di
studenti sufficientemente numeroso (almeno 5) presenti gravi lacune in merito ad uno o più argomenti affrontati; qualora il
numero degli studenti che presentano gravi lacune fosse notevolmente superiore, verranno effettuate pause didattiche
durante le ore curricolari, per riprendere quei concetti che evidentemente non sono stati spiegati con la dovuta attenzione o
hanno presentato per gli alunni difficoltà di comprensione superiori a quelle previste.
NOTA. Il piano di lavoro previsto può subire variazioni per poter meglio essere adattato alle esigenze della classe.
L’insegnante
Giampiero Macari