ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE Rossano (CS
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ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE LICEO SCIENTIFICO-CLASSICO-LINGUISTICO-ARTISTICO Rossano (CS) PROGETTAZIONE MODULARE PER L’INSEGNAMENTO DELLA FISICA NELLE CLASSI DEL SECONDO BIENNIO LICEO LINGUISTICO ANNO SCOLASTICO 2014/2015 CLASSE TERZA MODULO 1 MISURE U1. LE GRANDEZZE U2. LA MISURA MODULO 2 CINEMATICA U1. LA VELOCITÀ U2. L’ACCELERAZIONE U3. I MOTI NEL PIANO MODULO 3 LE FORZE E L’EQUILIBRIO UNITÀ DIDATTICHE TEMPI (in ore) 7 7 U1. LE FORZE U2. LEFORZE E L’EQUILIBRIO DEI SOLIDI U3. L’EQUILIBRIO DEI LIQUIDI TOTALE ORE 14 8 8 10 26 8 10 8 26 66 Metodologia e strumenti didattici Il processo di insegnamento si baserà su diversi momenti: lezione frontale, per la proposizione e l’elaborazione teorica degli argomenti; lezione partecipata con svolgimento di esercizi in classe per illustrare i concetti, chiarirli e metterli in relazione reciproca; svolgimento di esercizi a casa. I moduli saranno sviluppati prevedendo anche attività laboratoriali in riferimento alla fisica del cittadino. Come strumenti didattici si adotteranno: libro di testo (U.Amaldi, Le traiettorie della fisica.azzurro 1, Ed. Zanichelli), lavagna, riviste specializzate, biblioteca, audiovisivi e le risorse online del sito www.online.zanichelli.it/amaldi Valutazione e strumenti di verifica La verifica sommativa sarà effettuata mensilmente utilizzando come griglia di valutazione quella d’Istituto. Come strumenti di verifica verranno utilizzati: colloquio orale, con svolgimento di esercizi alla lavagna, brevi interrogazioni dal posto, prove scritte semistrutturate (esercizi) e strutturate (comprendenti domande a risposta multipla, risposta aperta, semplici esercizi applicativi), relazioni di laboratorio. OBIETTIVI MODULO 1 : MISURE LE GRANDEZZE COMPETENZE DI BASE Osservare e identificare fenomeni. Avere consapevolezza dei vari aspetti del metodo sperimentale, dove l’esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e validazione di modelli. CONOSCENZE Concetto di misura delle grandezze fisiche. Il Sistema Internazionale di Unità: le grandezze fisiche fondamentali. Intervallo di tempo, lunghezza, area, volume, massa, densità. Equivalenze di aree, volumi e densità. Le dimensioni fisiche di una grandezza. ABILITÀ Comprendere il concetto di misurazione di una grandezza fisica. Distinguere grandezze fondamentali e derivate.. Ragionare in termini di notazione scientifica. Comprendere il concetto di definizione operativa delle grandezze fisiche. COMPETENZE DI BASE LA MISURA Avere consapevolezza dei vari aspetti del metodo sperimentale, dove l’esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e validazione di modelli. Analizzare fenomeni fisici e applicazioni tecnologiche, riuscendo a individuare le grandezze fisiche caratterizzanti e a proporre relazioni quantitative tra esse. Risolvere problemi utilizzando il linguaggio algebrico e grafico, nonché il Sistema Internazionale delle unità di misura. CONOSCENZE Gli strumenti. Le incertezze in una misura. Gli errori nelle misure dirette e indirette. La valutazione del risultato di una misura. Le cifre significative. L’ordine di grandezza di un numero. La notazione scientifica. ABILITÀ Effettuare misure. Riconoscere i diversi tipi di errore nella misura di una grandezza fisica. Calcolare gli errori sulle misure effettuate. Esprimere il risultato di una misura con il corretto uso di cifre significative. Valutare l’ordine di grandezza di una misura. Calcolare le incertezze nelle misure indirette. Valutare l’attendibilità dei risultati. MODULO 2: CINEMATICA COMPETENZE DI BASE LA VELOCITÀ Osservare e identificare fenomeni Affrontare e risolvere semplici problemi di fisica usando gli strumenti matematici adeguati al suo percorso. Avere consapevolezza dei vari aspetti del metodo sperimentale, dove l’esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e validazione di modelli. CONOSCENZE Il punto materiale in movimento e la traiettoria. I sistemi di riferimento. Il moto rettilineo. La velocità media. I grafici spazio-tempo. Caratteristiche del moto rettilineo uniforme. Analisi di un moto attraverso grafici spazio-tempo e velocità-tempo. Il significato della pendenza nei grafici spazio-tempo ABILITÀ Utilizzare il sistema di riferimento nello studio di un moto. Calcolare la velocità media, lo spazio percorso e l’intervallo di tempo di un moto. Interpretare il significato del coefficiente angolare di un grafico spazio-tempo. Conoscere le caratteristiche del moto rettilineo uniforme. Interpretare correttamente i grafici spazio-tempo e velocità-tempo relativi a un moto. L’ACCELERAZIONE COMPETENZE DI BASE Avere consapevolezza dei vari aspetti del metodo sperimentale, dove l’esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e validazione di modelli. Affrontare e risolvere semplici problemi di fisica usando gli strumenti matematici adeguati al suo percorso. CONOSCENZE I concetti di velocità istantanea, accelerazione media e accelerazione istantanea. Le caratteristiche del moto uniformemente accelerato, con partenza da fermo. Il moto uniformemente accelerato con velocità iniziale. Le leggi dello spazio e della velocità in funzione del tempo. ABILITÀ Calcolare i valori della velocità istantanea e dell’accelerazione media di un corpo in moto. Interpretare i grafici spazio-tempo e velocità-tempo nel moto uniformemente accelerato. Calcolare lo spazio percorso da un corpo utilizzando il grafico spazio-tempo. Calcolare l’accelerazione di un corpo utilizzando un grafico velocità-tempo. I MOTI NEL PIANO COMPETENZE DI BASE Osservare e identificare fenomeni Avere consapevolezza dei vari aspetti del metodo sperimentale, dove l’esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e validazione di modelli. CONOSCENZE I vettori posizione, spostamento e velocità. Il moto circolare uniforme. Periodo, frequenza e velocità istantanea nel moto circolare uniforme. L’accelerazione centripeta. Il moto armonico. La composizione di moti. ABILITÀ Applicare le conoscenze sulle grandezze vettoriali ai moti nel piano. Operare con le grandezze fisiche scalari e vettoriali. Calcolare le grandezze caratteristiche del moto circolare uniforme e del moto armonico. Comporre spostamenti e velocità di due moti rettilinei. MODULO 3: LE FORZE E L’EQUILIBRIO COMPETENZE DI BASE Osservare e identificare fenomeni Affrontare e risolvere semplici problemi di fisica usando gli strumenti matematici adeguati al percorso didattico. LE FORZE CONOSCENZE Le forze cambiano la velocità La misura delle forze La somma delle forze La forza-peso e la massa Le forze di attrito La forza elastica ABILITÀ Ragionare sulla misura delle forze. Utilizzare le regole del calcolo vettoriale per sommare le forze Distinguere massa e peso. Distinguere i diversi tipi di attrito. Risolvere semplici problemi in cui siano coinvolte le forze d’attrito. Utilizzare la legge di Hooke. L’EQUILIBRIO DEI SOLIDI COMPETENZE DI BASE Avere consapevolezza dei vari aspetti del metodo sperimentale, dove l’esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e validazione di modelli. Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società. CONOSCENZE I concetti di punto materiale e corpo rigido. L’equilibrio del punto materiale e l’equilibrio su un piano inclinato. L’effetto di più forze su un corpo rigido. Il momento di una forza e di una coppia di forze. Le leve. Il baricentro. ABILITÀ Analizzare situazioni di equilibrio statico, individuando le forze e i momenti applicati. Determinare le condizioni di equilibrio di un corpo su un piano inclinato. Valutare l’effetto di più forze su un corpo. Individuare il baricentro di un corpo e analizzare i casi di equilibrio stabile, instabile e indifferente. L’EQUILIBRIO DEI LIQUIDI COMPETENZE DI BASE Avere consapevolezza dei vari aspetti del metodo sperimentale, dove l’esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e validazione di modelli Affrontare e risolvere semplici problemi di fisica usando gli strumenti matematici adeguati al percorso didattico. Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società. CONOSCENZE Gli stati di aggregazione molecolare. La definizione di pressione e la pressione nei liquidi. La legge di Pascal e la legge di Stevino. La spinta di Archimede e il galleggiamento dei corpi. La pressione atmosferica e la sua misurazione. ABILITÀ Saper calcolare la pressione determinata dall’applicazione di una forza e la pressione esercitata dai liquidi. Applicare le leggi di Pascal, di Stevino e di Archimede nello studio dell’equilibrio dei fluidi. Analizzare le condizioni di galleggiamento dei corpi. Comprendere il ruolo della pressione atmosferica. Per la didattica sono disponibili sul sito www.online.zanichelli.it/amaldi le seguenti attività ATTIVITÀ COMPLEMENTARI Animazioni e film U1 Animazioni La velocità nel moto rettilineo uniforme La pendenza del grafico spazio-tempo Il diagramma spazio-tempo che non passa per l’origine U2 Animazioni Accelerazione e velocità Accelerazione negativa Laboratori Mappe interattive MODULO 2 U3 MODULO 3 U1 Animazioni I vettori e gli scalari Il moto circolare uniforme L’accelerazione centripeta Il moto armonico Comporre i moti Animazioni Le forze sono vettori Le forze di attrito Il moto rettilineo uniforme Caduta nel tubo a vuoto Il moto vario Somma di vettori Moto circolare e armonico. Il moto e la velocità di un punto materiale I grafici spazio-tempo e velocità-tempo del moto rettilineo uniforme L’accelerazio-ne e il moto uniformemente accelerato I grafici velocità-tempo e accelerazionetempo del moto uniformemente accelerato Spostamento, velocità e accelerazione nel piano Il moto circolare uniforme e il moto armonico Esempi di forze L’equilibrio di un corpo rigido Animazioni U2 U3 I vincoli e l’equilibrio Il punto di applicazione di una Equilibrio su un piano inclinato Sotto pressione Il diavoletto di Cartesio forza Il centro di gravità La pressione nei liquidi e la pressione atmosferica. La spinta di Archimede CLASSE QUARTA MODULO 1 DINAMICA U1. I PRINCIPI DELLA DINAMICA U2. LE FORZE E IL MOVIMENTO MODULO 2 ENERGIA U1. L’ENERGIA E LA QUANTITÀ DI MOTO MODULO 3 GRAVITAZIONE U1. LA GRAVITAZIONE MODULO 4 TERMODINAMICA U1. LA TEMPERATURA U2. IL CALORE U3. LA TERMODINAMICA MODULO 5 ONDE UNITÀ DIDATTICHE U1. IL SUONO U2. LA LUCE TOTALE ORE TEMPI (in ore) 8 10 18 12 12 6 6 6 8 8 22 4 4 8 66 Metodologia e strumenti didattici Il processo di insegnamento si baserà su diversi momenti: lezione frontale, per la proposizione e l’elaborazione teorica degli argomenti; lezione partecipata con svolgimento di esercizi in classe per illustrare i concetti, chiarirli e metterli in relazione reciproca; svolgimento di esercizi a casa. I moduli saranno sviluppati prevedendo anche attività laboratoriali in riferimento alla fisica del cittadino. Come strumenti didattici si adotteranno: libro di testo (U.Amaldi, Le traiettorie della fisica.azzurro 1, Ed. Zanichelli), lavagna, riviste specializzate, biblioteca, audiovisivi e le risorse online del sito www.online.zanichelli.it/amaldi Valutazione e strumenti di verifica La verifica sommativa sarà effettuata mensilmente utilizzando come griglia di valutazione quella d’Istituto. Come strumenti di verifica verranno utilizzati: colloquio orale, con svolgimento di esercizi alla lavagna, brevi interrogazioni dal posto, prove scritte semistrutturate (esercizi) e strutturate (comprendenti domande a risposta multipla, risposta aperta, semplici esercizi applicativi), relazioni di laboratorio. OBIETTIVI MODULO 1 : DINAMICA I PRINCIPI DELLA DINAMICA COMPETENZE DI BASE Osservare e identificare fenomeni Affrontare e risolvere semplici problemi di fisica usando gli strumenti matematici adeguati al percorso didattico Avere consapevolezza dei vari aspetti del metodo sperimentale, dove l’esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e validazione di modelli. Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive. CONOSCENZE I principi della dinamica. L’enunciato del primo principio della dinamica. I sistemi di riferimento inerziali. Il principio di relatività galileiana. Il secondo principio della dinamica. Unità di misura delle forze nel SI. Il concetto di massa inerziale. Il terzo principio della dinamica. ABILITÀ Analizzare il moto dei corpi quando la forza risultante applicata è nulla. Riconoscere i sistemi di riferimento inerziali. Studiare il moto di un corpo sotto l’azione di una forza costante. Applicare il terzo principio della dinamica. Proporre esempi di applicazione della legge di Newton. LE FORZE E IL MOVIMENTO COMPETENZE DI BASE Osservare e identificare fenomeni Affrontare e risolvere semplici problemi di fisica usando gli strumenti matematici adeguati al percorso didattico Avere consapevolezza dei vari aspetti del metodo sperimentale, dove l’esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e validazione di modelli. CONOSCENZE Il moto di caduta libera dei corpi. La differenza tra i concetti di peso e di massa. Il moto lungo un piano inclinato. La forza centripeta. Il moto armonico. ABILITÀ Analizzare il moto di caduta dei corpi. Distinguere tra peso e massa di un corpo. Studiare il moto dei corpi lungo un piano inclinato. Comprendere le caratteristiche del moto armonico. MODULO 2: ENERGIA ENERGIA E QUANTITÀ DI MOTO COMPETENZE DI BASE Osservare e identificare fenomeni Affrontare e risolvere semplici problemi di fisica usando gli strumenti matematici adeguati al percorso didattico Avere consapevolezza dei vari aspetti del metodo sperimentale, dove l’esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e validazione di modelli. Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive. CONOSCENZE La definizione di lavoro. La potenza. Il concetto di energia. L’energia cinetica e la relazione tra lavoro ed energia cinetica. L’energia potenziale gravitazionale e l’energia elastica. Il principio di conservazione dell’energia meccanica. La conservazione dell’energia totale. ABILITÀ Calcolare il lavoro compiuto da una forza. Calcolare la potenza. Ricavare l’energia cinetica di un corpo, anche in relazione al lavoro svolto. Calcolare l’energia potenziale gravitazionale di un corpo e l’energia potenziale elastica di un sistema oscillante. Applicare il principio di conservazione dell’energia meccanica. MODULO 3: GRAVITAZIONE LA GRAVITAZIONE COMPETENZE DI BASE Osservare e identificare fenomeni Avere consapevolezza dei vari aspetti del metodo sperimentale, dove l’esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e validazione di modelli. CONOSCENZE Le leggi di Keplero. La gravitazione universale. La costante G. Il moto dei satelliti ABILITÀ Formulare le leggi di Keplero Descrivere i moti dei corpi celesti e individuare la causa dei comportamenti osservati. Mettere in relazione fenomeni osservati e leggi fisiche. Formulare la legge di gravitazione universale. Mettere in relazione la forza di gravità e la conservazione dell’energia meccanica. Studiare il moto dei corpi in relazione alle forze agenti. MODULO 4: TERMODINAMICA LA TEMPERATURA COMPETENZE DI BASE Osservare e identificare fenomeni Affrontare e risolvere semplici problemi di fisica usando gli strumenti matematici adeguati al percorso didattico Avere consapevolezza dei vari aspetti del metodo sperimentale, dove l’esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e validazione di modelli. CONOSCENZE Termoscopi e termometri. La dilatazione lineare dei solidi. La dilatazione volumica dei solidi e dei liquidi. Le trasformazioni dei gas Le leggi di Gay-Lussac La legge di Boyle Il gas perfetto Atomi e molecole. La mole e il numero di Avogadro. L’equazione di stato del gas perfetto ABILITÀ Comprendere la differenza tra termoscopio e termometro. Calcolare la variazione di corpi solidi e liquidi sottoposti a riscaldamento. Identificare il concetto di mole e il numero di Avogadro Applicare la legge di alle trasformazioni di un gas.. IL CALORE COMPETENZE DI BASE Osservare e identificare fenomeni Affrontare e risolvere semplici problemi di fisica usando gli strumenti matematici adeguati al percorso didattico Avere consapevolezza dei vari aspetti del metodo sperimentale, dove l’esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e validazione di modelli. CONOSCENZE Calore e lavoro come forme di energia in transito. Capacità termica e calore specifico. Il calorimetro e la misura del calore specifico. I cambiamenti di stato: fusione e solidificazione, vaporizzazione e condensazione, sublimazione ABILITÀ Comprendere come riscaldare un corpo con il calore o con il lavoro. Distinguere fra capacità termica dei corpi e calore specifico delle sostanze. TERMODINAMICA COMPETENZE DI BASE Osservare e identificare fenomeni Affrontare e risolvere semplici problemi di fisica usando gli strumenti matematici adeguati al percorso didattico Avere consapevolezza dei vari aspetti del metodo sperimentale, dove l’esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e validazione di modelli. Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive CONOSCENZE Equivalenza fra calore e lavoro. Lavoro termodinamico e sua rappresentazione grafica. Proprietà termodinamiche delle trasformazioni isoterme, cicliche, isocore e adiabatiche. ABILITÀ Esprimere la relazione tra temperatura assoluta ed energia cinetica delle molecole. Inquadrare il concetto di temperatura dal punto di vista microscopico. Indicare le variabili termodinamiche che identificano uno stato del gas perfetto. Definire il lavoro termodinamico. MODULO 5: OTTICA COMPETENZE DI BASE IL SUONO Osservare e identificare fenomeni Avere consapevolezza dei vari aspetti del metodo sperimentale, dove l’esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e validazione di modelli. CONOSCENZE Le onde Le onde periodiche Le onde sonore Le caratteristiche del suono L’eco ABILITÀ Definire le grandezze caratteristiche del suono. Definire il livello di intensità sonora e i limiti di udibilità. Calcolare la frequenza dei battimenti. Definire la velocità di propagazione di un’onda sonora.. COMPETENZE DI BASE Osservare ed identificare fenomeni Fare esperienza e rendere ragione del significato dei vari aspetti del metodo sperimentale Formalizzare problemi di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la loro risoluzione. LA LUCE CONOSCENZE Onde luminose Onde e corpuscoli I raggi di luce La riflessione e lo specchio piano. Gli specchi curvi La rifrazione. La riflessione totale. Le lenti. Macchina fotografica e cinema. L’occhio. Microscopio e cannocchiale. La dispersione della luce. La diffrazione. L’interferenza. ABILITÀ Interrogarsi sulla natura della luce Formulare le relazioni matematiche per l’interferenza costruttiva e distruttiva. Formulare le leggi della riflessione e della rifrazione. Esporre in modo appropriato i fenomeni della diffrazione e dell’interferenza Descrivere l’importanza dell’utilizzo di fibre ottiche in medicina e nelle telecomunicazioni. Valutare l’importanza degli strumenti ottici utilizzati nella vita reale e in campo scientifico. Per la didattica sono disponibili sul sito www.online.zanichelli.it/amaldi le seguenti attività ATTIVITÀ COMPLEMENTARI Mappe interattive Newton nello spazio Masse e accelerazioni Il primo principio della dinamica Il secondo e il terzo principio della dinamica Caduta nel tubo a vuoto Pendoli e molle Forza di gravità e caduta libera Forza centripeta, moto dei satelliti e moto armonico U1 Animazioni Lavoro motore e lavoro resistente La potenza L’energia cinetica L’energia potenziale elastica La conservazione dell’energia meccanica La conservazione dell’energia totale La conservazione dell’energia meccanica Energia meccanica di un pendolo Urti Lavoro ed energia Quantità di moto e impulso U1 Animazioni Prima e seconda legge di Keplero Pianeti e satelliti Gravitazione universale e leggi di Keplero U1 Animazioni La dilatazione termica lineare Il comportamento dell’acqua Temperatura assoluta Film La materia e lo spazio Dilatazioni termiche lineari Taratura di un termoscopio ad alcool MODULO 4 U2 Animazioni La massa e il peso Il moto dei proiettili Il periodo del pendolo MODULO 2 U1 Animazioni I sistemi di riferimento non inerziali e forze apparenti La legge fondamentale della dinamica Forza, accelerazione e massa inerziale Il principio di azione e reazione Laboratori MODULO 3 MODULO 1 Animazioni e film Animazioni U2 • Conduzione nei metalli • La convezione • I passaggi tra stati di aggregazione, Animazioni U3 • L’energia interna di un gas La variazione di temperatura nei solidi e nei liquidi Le leggi di Boyle e Gay-Lussac per i gas perfetti La macchina di Joule, Acqua che cambia stato Calore e trasporto di energia Capacità termica e cambiamenti di stato Il diagramma pressionevolume Il primo principio della termodinamica Il secondo principio della termodinamica Oscilloscopio e onde sonore Le onde sonore Le onde Le onde sonore La diffrazione da una fenditura Forever Young La costruzione delle immagini e MODULO 5 Animazioni U1 U2 • Onde trasversali e longitudinali • Le onde sonore Le proprietà della luce gli strumenti ottici
