piano di lavoro

Anno scolastico: 2016-2017
Docente: prof. EZIO PIGNATELLI
Materia: FISICA
Classe: 5 sez.D
PIANO DI LAVORO
1. Situazione iniziale della classe
Ho seguito questa classe (o per Matematica o per Fisica) fin dalla classe prima. La classe si
distingue per profitto: tutti gli studenti mostrano una preparazione almeno sufficiente, ed è presente
un nutrito gruppo di eccellenze.
Negli anni precedenti, la partecipazione al dialogo educativo è stata però insoddisfacente con un
atteggiamento sostanzialmente passivo durante la lezione; si segnala anche una eccessiva
competitività da parte degli studenti più bravi che rischia, in alcune occasioni, di intimidire gli
studenti meno brillanti, e soprattutto di inibire una partecipazione attiva per paure di porre domande
che possono apparire poco attinenti a una certa parte della classe.
Nel corso del quarto anno questi atteggiamenti sono diminuiti sia in frequenza che in entità,
denotando una maturazione degli studenti: tendono tuttavia a riemergere sporadicamente.
2. Obiettivi formativi
Lo studio della Fisica contribuisce alla formazione umana e culturale sviluppando capacità
critiche, di analisi e di sintesi, fornendo gli strumenti per una corretta comprensione della
scienza attuale e, più in generale, inducendo un atteggiamento di maggior consapevolezza di
fronte alla realtà che ci circonda.
Il corso vuole indurre negli studenti il formarsi di una corretta idea di ciò che la fisica costituisce
sia nel suo aspetto sperimentale induttivo che in quello ipotetico deduttivo stimolando in loro un
approccio allo studio fenomenologico di tipo scientifico.
3. Obiettivi didattici specifici
Primo periodo (trimestre)
1. La definizione di carica elettrica. (ripasso)
Competenze: Osservare e identificare fenomeni. 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.
Conoscenze
• L'elettrizzazione per strofinio. L'ipotesi di Franklin. Il principio
di conservazione della carica elettrica. L'interpretazione
microscopica
• Conduttori ed isolanti. Definizione e interpretazione
microscopica. L'elettrizzazione per contatto. Il fulmine.
• L'induzione elettrica e la polarizzazione degli isolanti.
L'elettrizzazione per induzione. L'elettroscopio e l'elettroforo di
Volta. Scheda riassuntiva dei metodi di elettrizzazione
• La definizione operativa di carica elettrica e la sua misura. Il
Coulomb
Capacità
• Utilizzare i concetti di carica
elettrica e di forza elettrica nella
modellizzazione di semplici sistemi
fisici
2. Elettrostatica di cariche puntiformi (ripasso)
Competenze: 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.
Conoscenze
• La legge di Coulomb nel vuoto e
nei materiali. Confronto tra la forza
elettrica e la forza gravitazionale
• Il campo elettrico: concetto e
definizione.
• Conservatività del campo elettrico
e energia potenziale elettrica.
• Il potenziale elettrico: concetto e
definizione. La differenza di
potenziale
elettrico;
il
moto
spontaneo delle cariche elettriche;
l'unità di misura del potenziale
elettrico.
Capacità
• Saper disegnare le linee di campo e le superfici equipotenziali
di semplici sistemi.
• Descrivere il concetto di campo elettrico e calcolarne il valore
in funzione della carica che lo genera.
• Calcolare la forza agente su una carica posta in un campo
elettrico.
• Disegnare le linee di campo per rappresentare il campo
elettrico prodotto da una carica o da una distribuzione di cariche.
• Comprendere il significato di differenza di potenziale e di
potenziale elettrico.
• Individuare la direzione del moto spontaneo delle cariche
prodotto da una differenza di potenziale
3. Elettrostatica di distribuzioni di carica
Competenze: 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.
Conoscenze
Capacità
• Le linee del campo elettrico: definizione e proprietà. Il caso di
una o due cariche puntiformi.
• Le superfici equipotenziali. Perpendicolarità tra linee di campo
e superfici equipotenziali.
• Le definizioni di circuitazione e flusso di un campo vettoriale.
• La circuitazione del campo elettrostatico: formulazione
provvisoria della prima equazione di Maxwell.
• Il flusso del campo elettrico e il teorema di Gauss. La seconda
equazione di Maxwell.
• Particolari distribuzioni di carica: uso del teorema di Gauss in
sistemi di carica di data simmetria: distribuzione piana infinita,
condensatore, distribuzione lineare infinita, distribuzione sferica.
• La capacità di un conduttore.
• Condensatori in serie e in parallelo.
• Saper disegnare le linee di campo
e le superfici equipotenziali di
semplici sistemi.
• Utilizzare il teorema di Gauss per
risolvere
sistemi
di
cariche
uniformemente distribuite.
• Applicare
il
principio
di
conservazione
dell'energia
a
problemi riguardanti l'interazione
elettrica.
• Calcolare la capacità equivalente
di più condensatori
• Determinare
l'energia
immagazzinata in un condensatore.
Esperienze di laboratorio:
• Fenomeni elettrostatici e macchine elettrostatiche:Elettroforo di Volta, macchina di
Whimshurst, van de Graaf, gabbia di Faraday, potere delle punte, mulinello elettrico.
4. Correnti elettriche
Competenze: Osservare e identificare fenomeni. 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. Formalizzare un problema di fisica e applicare
gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione.
Conoscenze
• La corrente elettrica. Definizione di intensità di corrente
elettrica. Corrente continua, alternata, varia. Definizione di
Capacità
• Schematizzare un circuito elettrico
• Applicare le leggi di Ohm e la
4. Correnti elettriche
Ampère. Verso convenzionale della corrente elettrica. Cariche
di conduzione.
• Definizione di generatore di tensione continua. La pila di
Volta. Energia.
• Uso del voltmetro e dell'amperometro.
• Circuiti elettrici. collegamenti in serie e in parallelo. Circuiti
complessi. Le leggi di Kirchoff.
• Prima e seconda legge di Ohm.
• Legge di Joule. Interpretazione microscopica. Il kWh. Il
cortocircuito.
• Il circuito RC: carica e scarica di un condensatore.
relazione tra resistività e temperatura.
• Determinare la resistenza equivalente
di un circuito
• Calcolare l'intensità di corrente in un
circuito e in ciascuno dei suoi rami.
• Calcolare la potenza erogata da
generatore e quella assorbita dai diversi
elementi ohmici di un circuito
• Eseguire misure di differenza di
potenziale ed intensità di corrente.
Esperienze di laboratorio:
1. Circuito elementare. Commutatore e invertitore.
2. Leggi di Kirchoff. Uso di voltmetro e amperometro
3. Prima e seconda legge di Ohm.
Secondo periodo (pentamestre)
5. Magnetismo
Competenze: Osservare e identificare fenomeni. 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. Formalizzare un problema di fisica e applicare
gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione.
Conoscenze
• Proprietà dei magneti naturali e artificiali. Campo magnetico
terrestre: la bussola. Linee di campo magnetico. Direzione e verso
del campo magnetico. Sostanze ferromagnetiche.
• Forze tra magneti e correnti.
• Esperienza di Oersted. Campo magnetico di un filo percorso da
corrente. Regola della mano destra.
• Esperienza di Faraday. Forze su un filo percorso da corrente.
Interpretazione in termini di interazione tra campi magnetici.
• Esperienza di Ampère. Forze tra correnti.
• Origine microscopica del campo magnetico.
• Intensità del campo magnetico. Forza su una corrente e su una
carica in moto.
• Campo magnetico di una spira e di un solenoide.
Elettromagnete.
• Moto di una carica in un campo magnetico.
• Motore elettrico. Trasformazioni di energia nel motore elettrico.
• Caratteristiche dei materiali diamagnetici, paramgnetici e
ferromagnetici.
Capacità
• Applicare la legge che descrive
l'interazione tra fili percorsi da
corremte
• Determinare il campo magnetico
prodotto in un punto dalla corrente
che scorre in una spira e in un
solenoide.
• Sfruttare il teorema di Ampère
per determinare i campi magnetici
generati da particolari distribuzioni
di corrente.
• Determinare la forza su un filo
percorso da corrente o su una carica
elettrica in moto in un campo
magnetico uniforme.
• Determinare le variabili del moto
circolare uniformedi una carica
elettrica in un campo magnetico.
Esperienze di laboratorio:
1.
2.
3.
4.
Visualizzazione delle linee del campo Magnetico.
Esperienza di Oersted
Esperienza di Faraday
Campanello, elettromagnete, motore elettrico.
6. Correnti indotte
Competenze: Osservare e identificare fenomeni. Fare esperienza e rendere ragione del significato dei vari
aspetti del metodo sperimentale, dove l’esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni
6. Correnti indotte
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.
Conoscenze
• Fenomenologia
dell'induzione
elettromagnetica e origine della forza
elettromotrice indotta.
• Legge di Faraday-Neumann e legge di
Lenz.
• Proprietà di un generatore a corrente
alternata.Valore efficace di correnti e
tensione alternate.
• Effetti della mutua induzione e
dell'autoinduzione.
• Il trasformatore. Il trasporto di energia
elettrica.
• Il circuito RL e RLC.
Capacità
• Applicare la legge di Faraday-Neumann e la legge di Lenz.
• Determinare l'induttanza di un solenoide, date le sue
caratteristiche.
• Calcolare l'energia immagazzinata in un solenoide
percorso da corrente continua.
• Risolvere problemi sui trasformatori.
• Determinare la potenza media erogata da un generatore di
tensione alternata e la potenza media assorbita da un
conduttore ohmico in un circuito percorso da corrente
alternata.
• Saper studiare i circuiti studiati, anche utilizzando semplici
equazioni differenziali.
Esperienze di laboratorio:
1. Correnti indotte
2. Alternatore.
7. Le equazioni di Maxwell e le onde e.m.
Competenze: Osservare e identificare fenomeni. 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.
Conoscenze
• Il campo elettrico indotto. La corrente di
spostamento e le equazioni di Maxwell.
• Produzione, ricezione e propagazione di
onde elettromagnetiche.
• La velocità delle onde elettromagnetiche nel
vuoto.
• La luce come onda elettromagnetica: profilo
spaziale e profilo temporale. L'antenna.
• Lo
spettro
elettromagnetico.
La
polarizzazione della luce
Capacità
• Saper mettere a confronto il campo elettrostatico e il
campo elettrico indotto.
• Distinguere le diverse componenti dello spettro
elettromagnetico
• Saper analizzare la generazione, emissione e
ricezione delle onde elettromagnetiche.
• Calcolare l’irradiamento di un’onda elettromagnetica.
• Descrivere la polarizzazione per assorbimento (legge
di Malus) e per riflessione.
8. La relatività ristretta.
Competenze: Osservare e identificare fenomeni. 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.
Conoscenze
• La relatività galileiana. Sistemi inerziali e non
inerziali. Le trasformazioni delle velocità.
• L'esperienza di Michelson e Morley.
• I postulati di Einstein.
• La dilatazione dei tempi e la contrazione delle
lunghezze. Le trasformazioni di Lorentz.
• Implicazione dei postulati relativistici sui concetti
Capacità
• Identificare i sistemi di riferimento inerziali e
non inerziali.
• Formulare i principi alla base della teoria della
relatività.
• Saper calcolare in casi semplici spazio e tempo
in diversi sistemi di riferimento.
8. La relatività ristretta.
di simultaneità, intervallo di tempo e distanza.
• Quantità di moto ed energia. L'equivalenza
massa-energia.
• Applicare la relazione tra massa e velocità .
9. Meccanica Quantistica
Competenze: Osservare e identificare fenomeni. 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.
Conoscenze
• L’emissione di corpo nero e l’ipotesi di
Planck
• L’esperimento di Lenard e la spiegazione
di Einstein dell’effetto fotolettrico
• 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/Interferenza degli elettroni
• Il principio di indeterminazione.
Capacità
• 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.
4. Obiettivi minimi
Si rimanda a quanto descritto nel POF disciplinare.
5. Modalità d’insegnamento e strumenti didattici
I metodi usati saranno, oltre alla spiegazione frontale, il coinvolgimento attivo degli alunni nella
lezione, la risoluzione di esercizi applicativi guidati ed individuali.
Gli studenti, parte attiva del processo di apprendimento, dovranno svolgere gli esercizi assegnati per
casa allo scopo di comprendere meglio gli aspetti teorici ed acquisire padronanza nell'applicazione.
Gli esercizi richiesti dagli studenti o proposti dall'insegnante saranno, in linea di massima, corretti e
commentati durante le lezioni.
Per quanto riguarda gli strumenti di lavoro, oltre ai libri in adozione si potranno usare schemi,
schede e materiali multimediali forniti dall’insegnante, e suggerire altri testi per l’approfondimento
e il recupero.
Il laboratorio viene considerato strumento indispensabile. Si svolgeranno esperimenti dimostrativi
dalla cattedra usati dal docente per attirare l’attenzione e stimolare la riflessione su una particolare
fenomenologia, prima di iniziare la discussione dettagliata sull’argomento, e esperimenti per gruppi
eseguiti dagli studenti per lo sviluppo di competenze sugli aspetti sperimentali della disciplina. Le
relazioni sulle esperienze svolte a casa costituiranno parte integrante dell'esperienza stessa.
Si cercherà di favorire una didattica che sfrutti le potenzialità delle LIM e della piattaforma moodle,
utilizzando sia software per la raccolta on-line di dati di un esperimento, mediante opportuni sensori
e interfacce di collegamento al computer, sia fogli di calcolo per la successiva analisi dati.
Il libro di testo adottato è: Romeni Claudio, Fisica e realtà conf. 3, Campo magnetico e onde
elettromagnetiche, Relatività e quanti, ed. Zanichelli.
6. Tipologia e numero di verifiche
La valutazione avviene attraverso un voto UNICO, anche se le prove effettuate saranno di varie
tipologie (scritto, orale, risposte a quesiti, test, relazioni di laboratorio, presentazione di
approfondimenti).
Nel primo periodo si prevedono un minimo di due prove (di cui almeno una effettivamente orale);
nel secondo periodo un minimo di quattro prove (di cui almeno una effettivamente orale).
Per l’orale si prevedono, oltre all’interrogazione tradizionale, interrogazioni brevi, correzione dei
compiti a casa, ricerche personali su argomenti attinenti al programma, questionari. Le
interrogazioni orali saranno volte soprattutto a valutare le capacità di ragionamento e i progressi
raggiunti nella chiarezza e nella proprietà di espressione degli allievi.
Per lo scritto verranno effettuate verifiche sommative sia sull’applicazione (risoluzione di esercizi e
problemi, per verificare la capacità di applicare i concetti appresi in semplici sistemi fisici,
utilizzando la corretta notazione scientifica) che sulle conoscenze (questionari a risposta aperta o
chiusa).
Infine, verranno valutate anche le relazioni sulle esercitazioni di laboratorio; tali relazioni possono
essere svolte a casa, e a seconda dell'esperimento potranno essere valutate sia per gruppi che per
singolo studente.
7. Criteri di valutazione
Va innanzitutto ricordato che la valutazione finale – sia del primo periodo che allo scrutinio finale è più complessa e articolata rispetto alla semplice media delle valutazioni assegnate nelle singole
prove di verifica e tiene conto, oltre che delle conoscenze e competenze acquisite, anche di altri
elementi di giudizio che il docente rileva nel corso dell’anno, quali il comportamento
(partecipazione, frequenza, attenzione, correttezza e capacità di relazioni personali) e la
progressione nell’apprendimento (miglioramento del metodo e recupero). La semplice media delle
valutazioni ha quindi significato solo come primo elemento di riflessione: si precisa anche che tale
media viene calcolata pesando in modo diverso verifiche con diverse tipologie: a questo scopo verrà
assegnato peso 10 alle verifiche scritte, peso 8 alle interrogazioni orali, e peso 5 alle relazioni di
laboratorio.
Si danno di seguito le griglie di valutazione delle prove scritte, orali e delle relazioni di laboratorio.
Valutazione prova scritta: Le prove scritte verranno valutate facendo uso di un punteggio grezzo che
verrà assegnato a ciascun quesito. Tale punteggio grezzo verrà riportato proporzionalmente nella
consueta scala da 1 a 10 in modo che risulterà sufficiente la prova che consegua almeno il 60% del
punteggio totale.
Valutazione prova orale: Le prove orali saranno valutate con riferimento ai seguenti indicatori:
• pertinenza e completezza delle conoscenze
• Uso del linguaggio specifico
• Capacità di operare con i concetti e le tecniche risolutive.
Voto
Pertinenza della
risposta e completezza
delle conoscenze
Uso del linguaggio
specifico
Capacità di operare
con i concetti ed uso
delle tecniche
1
Nulla
Nullo
Assente
2
Quasi nulla
Quasi nullo
Assente
3
Molto confusa
Confuso e scorretto
Assente
4
Lacunosa
Molto impreciso
Assente
5
Carente e scorretta
Improprio
Appena accennata
6
Superficiale
Corretto ma limitato
Molto elementare
7
Corretta ma poco
approfondita
Corretto e adeguato
Elementare
8
Precisa e sicura
Appropriato
Semplice e chiara
9
Ampie e sicure
Preciso
Articolata e sicura
10
Ampie e approfondite
Preciso e ricco
Originale ed efficace
Valutazione relazione di laboratorio: Le relazioni di laboratorio verranno valutate facendo
uso di un punteggio grezzo che verrà assegnato a ciascuna parte della relazione, secondo la
seguente griglia di valutazione:
Punti
Scopo e eventuali
ipotesi di lavoro
Materiale occorrente
Descrizione del
procedimento con
eventuali osservazioni
Analisi dati, tabelle e
grafici eventuali
Conclusioni finali con
osservazioni pertinenti
ai risultati e alla
verifica delle ipotesi
inizialmente formulate
La relazione si
presenta:
Pertinenti e corrette
3
Pertinenti ma scorrette
2
Non pertinenti
1
Assenti
0
Completo
2
Incompleto
1
Non presente
0
Corretta e completa
5
Corretta ma incompleta
4
Corretta la terminologia, ma mancano passaggi
fondamentali
3
Scorretta nella terminologia e superficiale
2
Scorretta nella terminologia e non pertinente
1
Assente
0
Corretta e precisa
5
Corretta, completa ma imprecisa
4
Corretta, precisa ma incompleta
3
Corretta, imprecisa e incompleta
2
Scorretta, incompleta e imprecisa
1
Non presente
0
complete e corrette con osservazioni e fatti teorici
4
corrette ma non complete non compaiono i fatti
teorici
3
non del tutto corrette le osservazioni sono
superficiali
2
sono scorrette incomplete e senza osservazioni
1
Le conclusioni non sono presenti
0
ordinata e riproducibile
2
ordinata ma non riproducibile
1
disordinata
0
Il punteggio grezzo così ottenuto verrà convertito in decimi secondo la seguente tabella:
0
1
2
3
4
5
6
13
14
15
16 17 18 19
1 1 ½ 2- 2+ 3- 3+ 3 ½ 4 4 ½ 5- 5+ 6- 6+ 6 ½
7
7½
8- 8+ 9- 9+ 9 ½ 10
Padova, 1 Novembre 2016
7
8
9
10 11 12
Prof. Ezio Pignatelli
20
21