LICEO SCIENTIFICO “Galileo Galilei”
VERONA
PROGRAMMA PREVISTO
Classe 4^ C - Fisica
Anno Scolastico 2006-2007
Testo di riferimento: “Le Vie della Fisica” voll. 2 - 3 (Battimelli G. – Stilli R.)
Unità didattica n° 1 - Il primo principio della termodinamica
Prerequisiti
Conoscenza dei concetti relativi a lavoro, energia meccanica e conservazione dell’energia
Contenuti
1. Fenomeni termodinamici. Temperatura e termometri. Termometri a gas. Principio zero.
Temperatura d’equilibrio e calore specifico.
2. Calore, lavoro, energia interna. Sistemi estesi e puntiformi, energia interna, funzioni di stato,
calore.
3. Il primo principio. Il 1° principio, estensione del principio di conservazione dell’energia,
esperimento storico di Joule, stati di equilibrio termodinamico.
4. Energia interna dei gas ideali. Gas perfetti, leggi dei gas, temperatura assoluta, equazione di
stato dei gas ideali, trasformazioni isoterme e isocore dei gas perfetti.
5. Lavoro e calore nelle trasformazioni dei gas perfetti. Trasformazione isobara, lavoro in una
trasformazione isobara e in una trasformazione qualsiasi, lavoro e calore in una trasformazione
ciclica, trasformazioni adiabatiche.
Obiettivi
1. Conoscere e descrivere il concetto di temperatura; conoscere il principio zero della
termodinamica;
2. Conoscere e descrivere i concetti di calore ed energia interna e saperne giustificare
l’introduzione.
3. Enunciare e commentare il primo principio riconoscendone il significato di estensione del
principio di conservazione dell’energia; conoscere il significato delle trasformazioni quasi
statiche.
4. Conoscere e utilizzare le leggi di trasformazione dei gas ideali e l’equazione di stato dei gas;
5. Caratterizzare le varie trasformazioni di un gas alla luce del 1° principio calcolando calori
scambiati, lavoro prodotto, variazione di energia interna;
6. Applicare il 1° principio e le sue conseguenze all’analisi di trasformazioni cicliche.
Laboratorio
Verifica sperimentale della condizione d’equilibrio termico, misura di calori specifici.
Studio sperimentale delle leggi dei gas perfetti.
Verifiche: compito scritto con problemi (1 ora); colloqui sulla teoria; prova scritta con quesiti a
risposta aperta sulla teoria o quesiti a scelta multipla (1 ora).
Tempi: settembre – ottobre
Pagina 5
Classe 4^ C - Fisica
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Unità didattica n° 2 - La teoria cinetica dei gas
Prerequisiti
Principio di conservazione della quantità di moto e dell’energia negli urti;
Unità didattica n° 1.
Contenuti
1. Teoria cinetica dei gas. Il modello meccanico del gas ideale, energia cinetica media di una
molecola, velocità quadratica media delle molecole, relazione tra energia cinetica media
molecolare e temperatura, numero d’Avogadro e costante di Boltzmann, energia interna e
calore.
2. Conseguenze della teoria cinetica. Cenni al cammino libero medio e alle dimensioni
molecolari, esistenza delle forze intermolecolari, equazione di Van der Waals (cenni).
3. Equipartizione dell’energia. Modelli per molecole semplici, gradi di libertà, principio
d’equipartizione dell’energia
Obiettivi
1. Conoscere e descrivere il modello microscopico del gas ideale;
2. Dedurre, dal modello microscopico, la relazione fra temperatura assoluta ed energia cinetica
media.
3. Interpretare i parametri macroscopici di un gas alla luce del modello microscopico.
4. Utilizzare il modello microscopico per stimare velocità medie e dimensioni molecolari.
5. Conoscere e utilizzare il principio di equipartizione dell’energia per stimare i valori dei calori
specifici dei gas.
Laboratorio
Misura delle dimensioni delle molecole (acido oleico).
Verifiche: compito scritto con problemi (1 ora); colloqui sulla teoria; prova scritta con quesiti a
risposta aperta sulla teoria o a scelta multipla(1 ora).
Tempi: novembre
Pagina 6
Classe 4^ C - Fisica
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Unità Didattica n° 3 - Il secondo principio della termodinamica
Prerequisiti
Calore, temperatura, pressione, volume;
Equilibrio termico ed equazione fondamentale della calorimetria;
Teoria cinetica dei gas e legame fra energia cinetica media e temperatura.
Contenuti
1. Irreversibilità delle trasformazioni spontanee. Senso privilegiato per le trasformazioni
spontanee, irreversibilità, trasformazioni quasi statiche e reversibilità.
2. Asimmetria nella conversione di calore in lavoro. Macchine termiche, rendimento di una
macchina termica, macchine cicliche, il ciclo di Carnot, limite alla possibilità di convertire
calore in lavoro, enunciati del 2° principio.
3. Rendimento delle macchine termiche. Macchine reversibili ed irreversibili, rendimento di
macchine termiche che operano fra due sorgenti, disuguaglianza di Clausius.
4. L’entropia. Necessità di introdurre una nuova funzione di stato, caratteristiche richieste
all’entropia, espressione matematica dell’entropia, variazione di entropia nel ciclo di Carnot,
variazione di entropia nell’espansione libera di un gas perfetto, la funzione di stato entropia, il
secondo principio della termodinamica. Variazione di entropia di un gas perfetto.
5. Entropia e probabilità. Irreversibilità macroscopica e reversibilità microscopica, probabilità di
uno stato, entropia e probabilità.
Obiettivi
1. Riconoscere l’irreversibilità delle trasformazioni spontanee.
2. Conoscere il concetto di rendimento di una macchina termica e saperlo calcolare; riconoscere
che una macchina termica ha bisogno di almeno due sorgenti per operare ciclicamente.
3. Riconoscere l’impossibilità di una completa trasformazione di calore in lavoro; dimostrare
l’equivalenza fra le due asimmetrie individuate nei punti 1 e 2.
4. Dimostrare la disuguaglianza di Clausius ed illustrarne il significato.
5. Introdurre la funzione di stato entropia e calcolarne la variazione in alcuni tipi di trasformazioni.
6. Conoscere e discutere il legame fra entropia ed energia utilizzabile.
7. Conoscere e descrivere il legame fra entropia e probabilità.
8. Risolvere problemi sul rendimento, sulle macchine termiche, sull’entropia..
Verifiche: compito scritto con problemi (1 ora); colloqui sulla teoria; prova scritta con quesiti a
risposta aperta sulla teoria o a scelta multipla (1 ora)
Tempi: dicembre – gennaio
Pagina 7
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Unità Didattica n°4 - Onde e Luce
Prerequisiti
Moto armonico.
Contenuti
1. Oscillazioni che si propagano. Oscillazioni, lunghezza d’onda e velocità, formalizzazione del
concetto di onda, onde sinusoidali, parametri.
2. Il principio di sovrapposizione. Sovrapposizione di due onde in fase, sovrapposizione di molte
onde, onde stazionarie, interferenza costruttiva e distruttiva.
3. Onde nei mezzi elastici. Corpi rigidi e modulo di elasticità, onde sonore, effetto Doppler,
energia, dispersione.
4. Interferenza e diffrazione. Onde che si propagano in più dimensioni, fronte d’onda e direzione
di propagazione, riflessione, diffrazione, principio di Huygens, interferenza da due fenditure.
5. La luce. Modelli per la luce e velocità della luce, raggi luminosi, diffrazione, dispersione e
rifrazione, legge di Snell.
6. Ottica geometrica. Modello geometrico, principio di Fermat, specchi, angolo limite. Cenni a
lenti sottili.
Obiettivi
1. Conoscere e descrivere il concetto di onda come oscillazione che si propaga; essere in grado di
tradurre tale concetto nel formalismo matematico della funzione d’onda.
2. Conoscere il principio di sovrapposizione e utilizzarlo per interpretare i fenomeni ondulatori
complessi.
3. Individuare le condizioni per il verificarsi di onde stazionarie e di fenomeni di interferenza.
4. Descrivere i fenomeni legati alla propagazione di onde in mezzi elastici (effetto Doppler,
velocità delle onde sonore).
5. Interpretare la propagazione di onde in più dimensioni alla luce del principio di Huygens.
6. Ricavare la legge per l’interferenza di onde da due fenditure;
7. Risolvere problemi su fenomeni ondulatori.
8. Conoscere e confrontare le caratteristiche del modello corpuscolare e del modello ondulatorio
per la luce;
9. Conoscere il fenomeno della rifrazione della luce e ricavarne la legge.
10. Conoscere e descrivere le proprietà delle luce in base al modello geometrico.
Laboratorio
Ondoscopio;
Esperienze di ottica geometrica.
Verifiche: compito scritto intermedio con problemi (1 ora); compito scritto alla fine dell’unità;
colloqui sulla teoria; prova scritta con quesiti a risposta aperta sulla teoria o a scelta multipla (1
ora).
Tempi: febbraio – aprile
Pagina 8
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Unità didattica n° 5 - Forze e Campi
Prerequisiti
Dinamica del moto;
Gravitazione;
Energia cinetica, energia potenziale, legge di conservazione dell’energia.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Contenuti
Fenomeni elettrostatici. Elettrone. Carica elettrica. Legge di Coulomb. Protoni, nuclei ed
esperimento di Rutherford. Interazioni a distanza e principio di relatività.
Dalle forze ai campi. Superamento dell’interazione a distanza. Campo gravitazionale e campo
elettrostatico. Il principio di sovrapposizione.
Circuitazione, energia, potenziale. Campi conservativi. Potenziale. Potenziale gravitazionale.
Potenziale elettrostatico. Energia potenziale. Linee di forza e superfici equipotenziali.
Flusso e teorema di Gauss. Flusso di un vettore. Flusso attraverso una superficie chiusa. Il
teorema di Gauss per il campo gravitazionale e per il campo elettrostatico.
Campi con particolari simmetrie. Campi a simmetria sferica. Campi a simmetria cilindrica
(distribuzione lineare di carica). Distribuzione piana di carica.
Conduttori ed isolanti (Complementi): Conduttore sferico. Conduttore piano. Condensatori
piani. Capacità. Teorema di Coulomb.
Obiettivi
1. Enunciare ed interpretare la legge di Coulomb, confrontarla con la legge di gravitazione
universale;
2. Definire il campo elettrico e il campo gravitazionale; descriverne analogie e differenze;
conoscere e ricavare le espressioni per campi generati da sorgenti puntiformi.
3. Conoscere ed utilizzare il principio di sovrapposizione;
4. Definire la circuitazione e il potenziale; conoscere e ricavare i potenziali elettrostatico e
gravitazionale; ricavare e interpretare il teorema della circuitazione per il campo gravitazionale
e il campo elettrostatico. Conoscere le proprietà delle superfici equipotenziali.
5. Definire il flusso attraverso una superficie (piana, generica, sferica, chiusa). Enunciare,
dimostrare ed interpretare il teorema di Gauss.
6. Conoscere e determinare le caratteristiche dei campi generati da distribuzioni di carica (sferiche,
lineari, piane) utilizzando il teorema di Gauss e la circuitazione.
7. Risolvere problemi ed esercizi applicando la legge di Coulomb, le equazioni dei campi elettrici
generati da diversi tipi di distribuzione di carica, la relazione fra campo elettrico e potenziale, il
teorema di Gauss.
Laboratorio
Esperienze da cattedra sulla carica elettrica e sui condensatori.
Verifiche: compito scritto con problemi (1 ora); colloqui sulla teoria; prova scritta con quesiti a
risposta aperta sulla teoria o a scelta multipla ( 1 ora).
Tempi: maggio –giugno
Verona, 11/09/2006
Il docente
Prof. Gini Paolo
Pagina 9
Classe 4^ C - Fisica
