LICEO SCIENTIFICO STATALE “ S. CANNIZZARO” Via Gen. Arimondi 14 90143 PALERMO PIANO ANNUALE Data di emissione: 01.10.2016 Pagina 1 di 10 a.s. 2016/2017 Dipartimento di Matematica e Fisica Programmazione di Fisica Quinto Anno Tel 091347266 - Fax 091307957 E-mail [email protected] - Sito Web www.cannizzaro.palermo.it Codice Fiscale 8001448082 1 LICEO SCIENTIFICO STATALE “ S. CANNIZZARO” Via Gen. Arimondi 14 90143 PALERMO PIANO ANNUALE Data di emissione: 01.10.2016 Pagina 2 di 10 Finalità della disciplina Lo studio della Fisica mira a far acquisire allo studente le seguenti competenze: 1) Osservare e identificare fenomeni; 2) Esaminare la situazione fisica proposta, formulando ipotesi esplicative e utilizzando modelli, analogie e leggi; saper giustificare logicamente le varie fasi del processo esaminato sia sul piano teorico che applicativo; 3) identificare le operazioni effettuate e gli strumenti utilizzati nell’analisi di un fenomeno, fare esperienza e rendere ragione del significato dei vari aspetti del metodo sperimentale; 4) formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione; descrivere il processo adottato per la soluzione del problema e comunicare i risultati ottenuti valutandone la coerenza con la situazione problematica proposta. 5) Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società; 6) utilizzare in modo appropriato e corretto il linguaggio specifico; 7) Sviluppare una competenza digitale nell’uso della calcolatrice scientifica, l’elaborazione ed analisi dati per mezzo del foglio di calcolo, la produzione di elaborati scritti e presentazioni con i software per le presentazioni e la videoscrittura. 8) sviluppare atteggiamenti fondati sulla collaborazione interpersonale e di gruppo. Obiettivi minimi del quinto anno (con riferimento alle indicazioni nazionali) Lo studente completerà lo studio dell’elettromagnetismo iniziato nel corso del precedente anno scolastico affrontando l’induzione elettromagnetica, le onde elettromagnetiche e le equazioni di Maxwell. Gli allievi studieranno poi le conoscenze sviluppate nel XX secolo relative al microcosmo e al macrocosmo. 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 massa-energia gli permetterà di sviluppare un’interpretazione energetica dei fenomeni nucleari. L’affermarsi del modello del quanto di luce sarà introdotto attraverso lo studio della radiazione termica e dell’ipotesi di Planck 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. Si passerà quindi Tel 091347266 - Fax 091307957 E-mail [email protected] - Sito Web www.cannizzaro.palermo.it Codice Fiscale 8001448082 2 LICEO SCIENTIFICO STATALE “ S. CANNIZZARO” Via Gen. Arimondi 14 90143 PALERMO PIANO ANNUALE Data di emissione: 01.10.2016 Pagina 3 di 10 all’evidenza sperimentale della natura ondulatoria della materia, postulata da De Broglie, e al principio di indeterminazione di Heisemberg. Segue una scansione in moduli e unità di apprendimento degli argomenti che saranno trattati. Tel 091347266 - Fax 091307957 E-mail [email protected] - Sito Web www.cannizzaro.palermo.it Codice Fiscale 8001448082 3 PIANO ANNUALE LICEO SCIENTIFICO STATALE “ S. CANNIZZARO” Via Gen. Arimondi 14 90143 PALERMO Data di emissione: 01.10.2016 Pagina 4 di 10 MODULO – Induzione elettromagnetica e Onde Elettromagnetiche. LABORATORIO ABILITÀ E TRAGUARDI FORMATIVI Capire la relazione tra campi elettrici e magnetici variabili. Esporre il concetto di campo elettrico indotto. Comprendere la fenomenologia e l’interpretazione del fenomeno dell’induzione elettromagnetica. Analizzare e calcolare la circuitazione del campo elettrico indotto per mezzo della legge di Faraday-Neumann e Lenz. Saper interpretare la corrente indotta sulla base della forza di Lorentz. CONOSCENZE/CONTENUTI Fenomeni di induzione. La legge di Faraday-Neumann La legge di Lenz Campi elettrici indotti L’autoinduzione e la mutua induzione Induttanza, induttanza di una bobina. Circuito RL e RC in corrente continua (transiente) Energia e densità di energia del campo magnetico. Alternatore. I circuiti in corrente alternata. Il circuito RLC, condizione di risonanza in un circuito RLC. Il trasformatore Tel 091347266 - Fax 091307957 E-mail [email protected] - Sito Web www.cannizzaro.palermo.it Codice Fiscale 8001448082 Fem indotte e correnti indotte da moti relativi magnetibobine Il verso della corrente indotta e la legge di Lenz Il trasformatore con misure online Il transitorio RL con misure online Misura di L di una bobina con misure online Circuiti RLC serie con voltmetri digitali TE MP I Ottobre/Novembre 1 TITOLO DELL'UNITÀ DI APPREND. L’induzione elettromagnetica n.° 4 PIANO ANNUALE Data di emissione: 01.10.2016 Pagina 5 di 10 LABORATORIO ABILITÀ E TRAGUARDI FORMATIVI Comprendere la possibilità di creare un campo elettrico variabile con un campo magnetico variabile e viceversa ovvero comprendere la possibilità di creare una radiazione elettromagnetica. Saper descrivere le caratteristiche fondamentali delle onde elettromagnetiche. Riconoscere alcune fondamentali applicazioni delle onde elettromagnetiche. CONOSCENZE/CONTENUTI Il campo magnetico indotto Il termine mancante: corrente di spostamento Equazioni di Maxwell Soluzione delle equazioni di Maxwell nel vuoto: Onde elettromagnetiche Onde elettromagnetiche piane Energia delle onde elettromagnetiche Polarizzazione rettilinea della luce (legge di Malus) Lo spettro elettromagnetico Tel 091347266 - Fax 091307957 E-mail [email protected] - Sito Web www.cannizzaro.palermo.it Codice Fiscale 8001448082 TE MP I Dicembre/Gennaio 2 TITOLO DELL'UNITÀ DI APPREND. Le equazioni di Maxwell e le Onde Elettromagnetiche n.° LICEO SCIENTIFICO STATALE “ S. CANNIZZARO” Via Gen. Arimondi 14 90143 PALERMO 5 PIANO ANNUALE LICEO SCIENTIFICO STATALE “ S. CANNIZZARO” Via Gen. Arimondi 14 90143 PALERMO Data di emissione: 01.10.2016 Pagina 6 di 10 MODULO – Fisica Moderna LABORATORIO ABILITÀ E TRAGUARDI FORMATIVI Comprendere la contraddizione tra meccanica ed elettromagnetismo riguardo la cotanza della velocità della luce. Comprendere la inconciliabilità tra invarianza delle equazioni di Maxwell e le trasformazioni di Galileo. Riconoscere che il Principio di relatività di Einstein generalizza quello di relatività galileiana. Comprendere il significato delle trasformazioni di Einstein-Lorentz e saperle applicare. Analizzare la relatività del concetto di simultaneità. Applicare le relazioni sulla dilatazione dei tempi e contrazione delle lunghezze. Comprendere quali implicazioni possono avere i principi relativistici sui concetti di passato, presente, futuro e sul principio di causa ed effetto. Rendersi conto che la teoria della relatività non è una teoria del relativismo, ma una teoria che conduce alla definizione di quantità invarianti. Comprendere le implicazioni dei principi relativistici sui concetti di massa, quantità di moto, forza e sulla seconda legge della dinamica. Comprendere il significato della relazione tra massa ed energia stabilito dai principi relativistici rendendosi anche conto delle possibili implicazioni tecnologiche. Conoscere evidenze sperimentali degli effetti relativistici Risolvere i problemi di cinematica e dinamica relativistica. CONOSCENZE/CONTENUTI Problema dell’invarianza delle equazioni di Maxwell e le trasformazioni di Einstein – Lorentz. Il problema della velocità della luce nell’ambito della relatività ristretta e la formula relativistica per l’addizione delle velocità Le ipotesi della relatività einsteiniana: Il Principio di relatività di Einstein e la costanza della velocità della luce. La contrazione delle lunghezze e la dilatazione dei tempi. Determinazione di un evento. Relatività della simultaneità. Passato, presente, futuro nella relatività einsteiniana. L’invariante relativistico spazio-temporale. Dinamica relativistica: massa e secondo principio della dinamica nella relatività speciale Energia relativistica. La correlazione tra massa ed energia. L’invariante relativistico energia-quantità di moto. Tel 091347266 - Fax 091307957 E-mail [email protected] - Sito Web www.cannizzaro.palermo.it Codice Fiscale 8001448082 TEM PI Gennaio/Febbraio 1 TITOLO DELL'UNITÀ DI APPREND. Relatività Ristretta n.° 6 PIANO ANNUALE Data di emissione: 01.10.2016 Pagina 7 di 10 LABORATORIO ABILITÀ E TRAGUARDI FORMATIVI CONOSCENZE/CONTENUTI Comprendere i limiti della fisica classica di fronte all’emergere di nuove evidenze sperimentali. Conoscere l’ipotesi del quanto di Planck e l’ipotesi del quanto di energia di Einstein. Conoscere il modello di atomo quantizzato di Bohr che ha permesso di spiegare la discontinuità degli spettri atomici di emissione. Cogliere il duplice aspetto ondulatorio e corpuscolare della radiazione e delle particelle e comprendere il significato dell’ipotesi di De Broglie. Acquisire il significato del principio di indeterminazione di Heisemberg. Rendersi conto della nuova descrizione delle particelle e della materia intrinsecamente probabilistica. Lo spettro di corpo nero e l’ipotesi di Planck. L’effetto fotoelettrico e l’interpretazione data da Einstein. L’effetto Compton. Quantizzazione della carica elettrica ed esperienza di Millikan Scoperta dell’elettrone e modello atomico di Thomson. Esperienza di Rutherford e il modello atomico di Rutherford. Il modello quantistico di Bohr dell’atomo. L’esperimento di Franck ed Hertz Dualismo onda corpuscolo della luce e della materia. Lunghezza d’onda di De Broglie, stabilità degli atomi e livelli energetici. Livelli energetici dell’atomo di idrogeno. Il principio di indeterminazione di Heisemberg. Numeri quantici. Lo spin dell’elettrone, e il numero quantico di spin. Momenti angolari e momenti dipolari magnetici. L’esperimento di Stern e Gerlach Risonanza magnetica Il Principio di Pauli L’idea di complementarità. Equazione di Schroedinger e semplici applicazioni Tel 091347266 - Fax 091307957 E-mail [email protected] - Sito Web www.cannizzaro.palermo.it Codice Fiscale 8001448082 TEM PI Febbraio/Aprile 2 TITOLO DELL'UNITÀ DI APPREND. Fisica Quantistica n.° LICEO SCIENTIFICO STATALE “ S. CANNIZZARO” Via Gen. Arimondi 14 90143 PALERMO 7 PIANO ANNUALE LICEO SCIENTIFICO STATALE “ S. CANNIZZARO” Via Gen. Arimondi 14 90143 PALERMO Data di emissione: 01.10.2016 Pagina 8 di 10 Cenni di microcosmo e macrocosmo. Approfondimenti a scelta di Fisica moderna. Ciascun docente potrà inoltre sviluppare nei mesi di aprile-maggio a sua scelta uno dei seguenti temi: - Elementi di Fisica Nucleare e Radioattività - Particelle elementari e Modello Standard - Relatività Generale - Big Bang e Cosmogenesi. Tel 091347266 - Fax 091307957 E-mail [email protected] - Sito Web www.cannizzaro.palermo.it Codice Fiscale 8001448082 8 PIANO ANNUALE LICEO SCIENTIFICO STATALE “ S. CANNIZZARO” Via Gen. Arimondi 14 90143 PALERMO Data di emissione: 01.10.2016 Pagina 9 di 10 Metodi/Attività Lezioni dialogiche, anche con l’uso di presentazioni e schede di lavoro. Attività laboratoriale in classe e in laboratorio di fisica e di informatica. Utilizzo del foglio elettronico per l’elaborazione ed analisi dei dati di un esperimento. Problem – solving. Lezioni integrative con audiovisivi e simulazioni interattive al computer. Risoluzione di problemi e quesiti. Esercitazioni individuali e di gruppo. Lavori di ricerca e/o approfondimento, individuali e di gruppo anche utilizzando gli strumenti offerti dalla rete. Costruzione di mappe concettuali. Stesura di relazioni e presentazioni sul lavoro svolto utilizzando software per la videoscrittura e le presentazioni. Strumenti Laboratorio di fisica e di informatica. Libri di testo, dispense, materiali online. Utilizzo della smart-board. Strumenti informatici di simulazione ed analisi (applicativi Java, Excel, Interactive Physics, etc.) Audiovisi. Learning objects. Verifiche Prove non strutturate (prove a stimolo aperto e risposta aperta): Interrogazione orale; Prove semistrutturate (prove a stimolo chiuso e risposta aperta): Domande strutturate; Trattazione sintetica di argomenti; Quesiti a risposta singola; Risoluzione di esercizi; Relazioni. Problemi. Prove strutturate (prove a stimolo chiuso e risposta chiusa): Test vero/falso; Test a risposta multipla; Test a completamento o integrazione; Test confronto-abbinamento; Prove laboratoriali: Compilazione schede di laboratorio; Relazioni su esperimenti di laboratorio; Tel 091347266 - Fax 091307957 E-mail [email protected] - Sito Web www.cannizzaro.palermo.it Codice Fiscale 8001448082 9 PIANO ANNUALE LICEO SCIENTIFICO STATALE “ S. CANNIZZARO” Via Gen. Arimondi 14 90143 PALERMO Data di emissione: 01.10.2016 Pagina 10 di 10 Realizzazione di presentazioni in PowerPoint; Realizzazione di tesine, ricerche, mappe concettuali. Rubrica per la valutazione delle competenze in fisica da utilizzare in itinere nella valutazione considerando di volta in volta le competenze attivate. Indicatori per la valutazione dei Problemi, dei “Compiti di Realtà”, delle “Prove Esperte”, delle Relazioni di Esperienze di Laboratorio, delle Verifiche Orali: 1) Competenza digitale. Usare la calcolatrice scientifica; produrre elaborati con il foglio di calcolo, i software per le presentazioni e la videoscrittura. Saper ricercare informazioni su Internet utilizzando i motori di ricerca. 2) Esaminare la situazione fisica proposta formulando le ipotesi esplicative attraverso modelli o analogie o leggi. 3) Formalizzare situazioni problematiche e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la loro risoluzione. 4) Interpretare e/o elaborare i dati proposti, anche di natura sperimentale, verificandone la pertinenza al modello scelto. 5) Descrivere il processo risolutivo adottato e comunicare i risultati ottenuti valutandone la coerenza con la situazione problematica proposta. 6) Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società. Indicatori per la valutazione dei Quesiti ed Esercizi: 1) Comprensione e conoscenza. Conoscere i contenuti. Comprendere la richiesta. 2) Abilità logiche e risolutive. Scegliere strategie risolutive adeguate. Usare un linguaggio appropriato. 3) Correttezza dello svolgimento. Eseguire calcoli corretti. Applicare tecniche e procedure, anche grafiche, corrette. 4) Argomentazione. Giustificare e commentare le scelte effettuate. 5) Valutazione. Formulare autonomamente giudizi critici e di metodo. Tel 091347266 - Fax 091307957 E-mail [email protected] - Sito Web www.cannizzaro.palermo.it Codice Fiscale 8001448082 10