Liceo scientifico statale «G.B. Morgagni»
Programmazione di FISICA
Insegnanti : Amatiste, Arte, Bianchi, Bonamico, Campagna, Durante, Fusciani, Nigro,
Spagnuolo, Vitale.
Docente Coordinatore Fisica: Amatiste
La programmazione che segue è stata formulata nell’ambito delle riunioni di programmazione
degli insegnanti di matematica e fisica e tiene conto delle Indicazioni nazionali riguardanti gli
obiettivi specifici di apprendimento con particolare riferimento ai Risultati di apprendimento del
Liceo scientifico: “Il percorso del liceo scientifico è indirizzato allo studio del nesso tra cultura
scientifica e tradizione umanistica. Favorisce l’acquisizione delle conoscenze e dei metodi propri
della matematica, della fisica e delle scienze naturali. Guida lo studente ad approfondire e a
sviluppare le conoscenze e le abilità e a maturare le competenze necessarie per seguire lo
sviluppo della ricerca scientifica e tecnologica e per individuare le interazioni tra le diverse
forme del sapere, assicurando la padronanza dei linguaggi, delle tecniche e delle metodologie
relative, anche attraverso la pratica laboratoriale” (art. 8 comma 1).
Obiettivi generali e specifici FISICA – PRIMO BIENNIO
NEL
RISPETTO DELLE INDICAZIONI NAZIONALI INERENTI IL PROFILO LICEALE CHE INDIVIDUA I RISULTATI DI
APPRENDIMENTO COMUNI DIVISI NELLE CINQUE AREE
(METODOLOGICA;
LOGICO-ARGOMENTATIVA;
LINGUISTICA E COMUNICATIVA; STORICO UMANISTICA; SCIENTIFICA, MATEMATICA E TECNOLOGICA) E LI
INTEGRA CON QUELLI PECULIARI DELL’INDIRIZZO SCIENTIFICO, LO/A STUDENTE/SSA AL TERMINE DEL PRIMO
BIENNIO, CONSEGUE GLI OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO DI SEGUITO RIASSUNTI NELLE PARTI ESSENZIALI:
- Analizzare un fenomeno o un problema semplice, riuscendo ad individuare gli
elementi significativi, le relazioni, i dati superflui e quelli mancanti.
- Esaminare dati strutturati. Leggere tabelle, grafici e altra documentazione scientifica,
sapendone ricavare le informazioni significative.
- Eseguire in modo corretto semplici misure con chiara consapevolezza delle operazioni
effettuate; raccogliere, ordinare e rappresentare i dati ricavati
- Valutare gli ordini di grandezza e le approssimazioni dei dati sperimentali, mettendo in
evidenza l'incertezza associata alle misure.
- Individuare semplici relazioni tra due variabili misurate e servirsi di più
rappresentazioni grafiche
- Saper utilizzare, comprendendone l'utilità e i limiti, semplici modelli esplicativi per la
descrizione e l'interpretazione di alcuni fenomeni
- Arrivare, in semplici casi, alla formulazione di ipotesi verificabili attraverso attività
laboratoriali
- Saper scrivere relazioni per focalizzare le parti significative degli esperimenti eseguiti
Si precisa che, nell’arco di tutto il biennio, l’attività sperimentale sarà strumento primario e
privilegiato ai fini del conseguimento degli obiettivi sopra descritti. Tale attività prevede la
trattazione dei seguenti contenuti specifici:
I biennio – Classi I e II
grandezze fisiche e unità di misura
raccolta e utilizzo dei dati sperimentali: misure ed errori, caratteristiche degli strumenti,
grafici sperimentali, cifre significative, notazione scientifica
le forze e la loro misura
l'equilibrio: del punto materiale, del corpo rigido esteso
l'equilibrio nei fluidi
il moto in una dimensione: moto rettilineo uniforme e uniformemente accelerato
il moto nel piano
le leggi di Newton (concetti introduttivi)
l'energia meccanica (concetti introduttivi)
i fenomeni termici: l'equilibrio termico e i passaggi di stato
l'ottica geometrica
I temi suggeriti saranno sviluppati da ciascun insegnante adattandoli alle realtà delle singole classi,
secondo modalità e con un ordine coerenti con gli strumenti concettuali e con le conoscenze
matematiche già in possesso degli studenti o contestualmente acquisite nel corso parallelo di
Matematica
Una scansione di massima è la seguente:
I anno – Trimestre:
-recupero e rinforzo dei prerequisiti di ingresso [frazioni, coordinate nel piano
cartesiano, equivalenze, formule delle superfici e dei volumi di figure regolari uso della
calcolatrice];
grandezze fisiche e loro misura [ unità di misura del SI; definizione di errore assoluto ed errore
percentuale ;sono le cifre significative];
-rappresentazione di dati e di fenomeni* [vari metodi per rappresentare un fenomeno
fisico principali relazioni fra grandezze: proporzionalità diretta, inversa, quadratica,
correlazione lineare];
*il contenuto corrispondente a questa voce viene trattato trasversalmente durante tutto il
biennio a vari gradi di approfondimento
I anno – Pentamestre:
-equilibrio nei fluidi [ la pressione, la legge di Stevin, il principio di Pascal, il principio di
Archimede];
-forze e loro misura [grandezza vettoriale e grandezza scalare, componenti cartesiane
di un vettore, vettore risultante di due o più vettori, legge degli allungamenti elastici, attrito e
forza di primo distacco];
-equilibrio del punto materiale e del corpo rigido esteso [forza equilibrante, momento di
una forza, coppia di forze, baricentro, macchina semplice];
-moto in una dimensione[Definizione di velocità media e accelerazione media
Differenza tra moto rettilineo uniforme e moto uniformemente accelerato
La legge oraria del moto rettilineo uniforme
Le leggi del moto uniformemente accelerato
Che cos’è l’accelerazione di gravità]
II anno – Trimestre:
- eventuale ripresa dei concetti sul moto in una dimensione;
– moto nel piano [le grandezze caratteristiche del moto circolare uniforme, il moto
armonico di un punto da un punto di vista grafico];
–
II anno – Pentamestre:
- leggi di Newton [enunciato delle tre leggi, esempi di applicazione dei tre principi della
dinamica, moti in sistemi inerziali e in sistemi non inerziali, forza gravitazionale, forza elastica
e forza centripeta];
- energia meccanica* [il lavoro meccanico, la potenza, l'energia cinetica, il teorema
dell’energia cinetica, l’energia potenziale gravitazionale, l'energia potenziale elastica, l'energia
meccanica e la sua conservazione, le forze conservative e le forze non conservative];
*l'argomento può essere trattato esclusivamente nel terzo anno di corso
- fenomeni termici [le scale termometriche, la legge della dilatazione termica, il calore
specifico e la capacità termica, la legge fondamentale della termologia, l'equilibrio termico, gli
stati della materia e i cambiamenti di stato, la propagazione del calore, le grandezze che
caratterizzano lo stato di un gas, i gas perfetti];
-ottica geometrica**[la riflessione su specchi piani e su specchi curvi; immagine reale e
immagine virtuale, la rifrazione della luce, l’angolo limite, lenti convergenti e lenti divergenti,
ingrandimento di uno specchio e di una lente]
**quest'ultimo argomento può anche essere anticipato al primo anno, in tal caso i moti
vengono posticipati al secondo
Obiettivi generali e specifici FISICA – SECONDO BIENNIO
Lo/la studente/studentessa, nel corso del II biennio acquisisce progressivamente le seguenti
competenze che saranno consolidate nel corso del quinto anno :
•
•
•
•
•
osservare e identificare fenomeni;
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;
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;
comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in
cui vive.
In particolare, per gli obiettivi specifici di apprendimento del secondo biennio conosce
• i fenomeni e le leggi della meccanica classica, dal principio di relatività di Galileo alla
sintesi newtoniana sul moto dei pianeti;
• i fenomeni e le leggi della termodinamica, interpretati attraverso il paradigma
meccanicista ;
• i fenomeni e le leggi dei fenomeni ondulatori, attraverso i quali vengono studiate classi
di fenomeni di diversa natura, dalle onde su corda al suono alla luce;
• i fenomeni e le leggi dell’elettricità e del magnetismo e la loro interpretazione attraverso
le teorie di campo
• il concetto di modello in fisica e il valore predittivo della legge fisica
II biennio – Classe Terza
Trimestre:
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•
•
•
Relatività del moto e principio di composizione dei movimenti[componenti di un vettore
mediante funzioni goniometriche; moto parabolico; principio di composizione dei
movimenti ]
Leggi della dinamica e moto [principio di inerzia;sistemi di riferimento inerziali, s. non
inerziali secondo principio e forze apparenti, problemi con attrito]
Conservazione dell’energia meccanica [campi conservativi e non conservativi, studio
delle curve dell'energia potenziale e punti di inversione del moto]
Pentamestre:
Quantità di moto e principio di conservazione della q. di m. [orza, impulso e q. di moto;
principio di conservazione della q. di m. e principio di azione e reazione. Urti e principi
di conservazione. ]
Cinematica e dinamica rotazionale [correlazione tra grandezze cinematiche e dinamiche
relative alle traslazioni e alle rotazioni, momento di inerzia, momento angolare e
principio di conservazione, seconda legge della dinamica nelle rotazioni, energia cinetica
rotazionale]
Gravitazione universale [le teorie cosmologiche (cenni); leggi di Kepler e legge di
gravitazione universale; Conservazione dell’energia e moto dei satelliti ]
I gas ideali [leggi dei gas e eq. di stato; modello microscopico di un gas ideale, velocità
media molecolare, temperatura e energia interna]
La Termodinamica e i suoi principi [primo principio; calore scambiato, lavoro ed energia
interna in una trasformazione isocora, isobara, isoterma, adiabatica; calori specifici;
calore scambiato, lavoro ed energia interna in un ciclo; macchina termica e problema
del suo rendimento; secondo principio; ciclo di Carnot e rendimento delle macchine
reversibili; Concetto di entropia e irreversibilità]
II biennio – Classe IV
Trimestre
•
•
•
•
Moto armonico [ Richiami moto armonico, modello matematico, significato parametri e
interpretazione dei grafici nel dominio del tempo, Conservazione dell’energia nel moto
oscillatorio]
Onde meccaniche [Classificazione, parametri caratteristici, modello matematico
principio di sovrapposizione, interferenza, battimenti, onda stazionaria]
Suono [Caratteristiche e relazione con parametri generali di un’onda, intensità e
percezione umana, effetto Doppler, sovrapposizione e interferenza, onde stazionarie su
una corda e in una colonna d’aria. Strumenti musicali. Battimenti]
Ottica ondulatoria [ Modello ondulatorio della luce, sovrapposizione e interferenza, esp
di Young, interferenza in lamine sottili (bolle di sapone),principio di Huygens ed effetti di
diffrazione ai bordi, diffrazione da singola fenditura, potere risolutivo, reticoli di
diffrazione]
Pentamestre
•
•
•
Campo elettrico e potenziale [Fenomeni di elettrizzazione; legge Coulomb; principio di
sovrapposizione, energia potenziale, differenza di potenziale, potenziale, flusso e
teorema di Gauss. Circuitazione.]
Conduzione e corrente elettrica [Corrente nei fluidi e nei solidi, classificazione dei
materiali sulla base della conducibilità, legge di Ohm econduttori ohmici, legge di Joule,
analisi semplici circuiti in cc., carica e scarica del condensatore]
Campo magnetico [magneti naturali, i magneti artificiali e le proprietà magnetiche della
materia, il campo magnetico e le linee del campo, la forza magnetica su una carica e su
un filo percorso da corrente, il flusso e la circuitazione del campo magnetico, legge di
Ampére, il campo magnetico generato da un filo rettilineo percorso da corrente, il
campo magnetico di una spira e di un solenoide, moto di cariche in campo elettrico e
magnetico]
Obiettivi generali e specifici FISICA – QUINTO ANNO
Lo/la studente/studentessa, alla fine del corso di studi, consoliderà le competenze
progressivamente acquisite nel secondo biennio:
•
•
•
•
•
osservare e identificare fenomeni;
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;
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;
comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in
cui vive.
In particolare, per gli obiettivi specifici di apprendimento del quinto anno conosce:
•
i fenomeni e le leggi dell'induzione magnetica, collegandoli alle applicazioni
tecnologiche;
• i fondamenti concettuali che condussero alla sintesi maxwelliana dell'elettromagnetismo
classico;
• le caratteristiche delle onde elettromagnetiche e le modalità della loro produzione e
propagazione;
• gli elementi che hanno portato alla cosiddetta "crisi della fisica classica e le basi
concettuali della relatività ristretta e della fisica quantistica;
• gli esperimenti storici "cruciali" per l'avanzamento delle conoscenze della fisica del XX
secolo
Classe V - Trimestre
Induzione elettromagnetica
La forza elettromotrice indotta. Le leggi di Faraday, Neumann e Lenz.
Autoinduzione. Principio di funzionamento dell'alternatore e del trasformatore.
Densità di energia del campo magnetico.
Onde elettromagnetiche
La sintesi delle leggi dell’elettromagnetismo: le equazioni di Maxwell
La corrente di spostamento e la teoria dell’onda elettromagnetica
La produzione e la propagazione delle onde elettromagnetiche
Lo spettro elettromagnetico L'intensità dell'onda elettromagnetica.
•
•
Classe V - Pentamestre
•
•
•
Relatività ristretta
I postulati della relatività ristretta
Il tempo assoluto e simultaneità degli eventi
La dilatazione del tempo e la contrazione delle lunghezze
Le trasformazioni di Lorentz La legge di addizione relativistica delle velocità
Dinamica relativistica: massa, energia, quantità di moto
Fisica quantistica
Il corpo nero e l’ipotesi di Plank
L’effetto fotoelettrico: l'esperimento di Lenard e la spiegazione di Einstein
L'effetto Compton
Il modello atomico di Rutherford e le dimensioni dei componenti dell’atomo
Lo spettro dell’atomo di idrogeno: problemi di interpretazione
Il modello di Bohr dell’atomo di idrogeno
L'esperimento di Franck - Hertz
La lunghezza d'onda di De Broglie.
Il dualismo onda – corpuscolo. Diffrazione/ Interferenza degli elettroni
Il principio di indeterminazione di Heisenberg.
Argomenti e approfondimenti di fisica moderna
sarà affrontato lo studio di unoo più argomenti di Fsica Moderna nel campo
dell'astrofisica, delle particelle elementari, dell'energia nucleare dei
semiconduttori, delle micro e nano-tecnologie o della cosmologia a discrezione
dell'insegnante in coerenza con la programmazione del consiglio di classe.
Metodologia Il punto di partenza del primo anno sarà la riorganizzazione e la valorizzazione
delle conoscenze e delle competenze già in possesso degli studenti attraverso attività che
sviluppino da una parte curiosità ad apprendere, dall’altra l’esigenza di progressive
generalizzazioni. Si privilegerà la presentazione in chiave esperienziale dei contenuti, con uso
prevalente del laboratorio di misura, lettura in classe del libro di testo o di altre fonti, nonchè
utilizzo di applicazioni e simulazioni
Strumenti di misurazione e metodi di valutazione Le verifiche potranno essere articolate
sia sotto forma di problemi ed esercizi di tipo tradizionale, sia sotto forma di prove strutturate,
sia sotto forma di relazioni di laboratorio. Nella misurazione delle prove svolte dallo studente si
terrà conto del grado di conoscenza dello specifico argomento e della capacità di rielaborazione
personale . Ai fini della valutazione si terrà conto, oltre che dei livelli di apprendimento
raggiunti, dei miglioramenti evidenziati rispetto al livello di partenza verificato, della costanza e
del tipo di impegno mostrato, dell’interesse e della partecipazione attiva alle lezioni,
dell’acquisizione di un metodo di studio sempre più organizzato e personale.
Attività di sostegno e recupero L’attività di recupero sarà rivolta allo sviluppo e alla
padronanza degli strumenti e delle abilità fondamentali, alla strutturazione logica dei contenuti
e ad un loro uso più con sapevole. Saranno pertanto proposti agli alunni i seguenti interventi:
analisi attenta e discussione in classe sugli errori e difficoltà quale principale forma di recupero
in itinere; attività di sportello; corsi di recupero a seguito delle valutazioni di fine periodo
all’inizio del secondo periodo.
Materiali didattici e strumenti di lavoro Libri di testo, software didattici specifici per la
fisica; materiale reperibile sul Web.
Verifiche Almeno 2 verifiche per il primo periodo (trimestre), almeno 3 (di cui una può essere
di tipo strutturato) per il secondo periodo (pentamestre). Simulazioni nazionali della prova
d’esame per le classi quinte. Per la preparazione alla seconda prova d'esame si adotta il
"Quadro di riferimento della II prova di Fisica dell'esame di Stato per i Licei Scientifici" prodotto
dal Tavolo Tecnico istituito dal MIUR (DD n.1103 del 23/ 10/ 2015).
Ore di lezione settimanali Due ore per il primo biennio; 3 per il secondo biennio e per il
quinto anno.
Precisazioni sulla valutazione La valutazione è parte integrante della programmazione
didattica perché fornisce informazioni necessarie per stabilire un positivo rapporto fra
insegnamento e apprendimento. Per un controllo più puntuale e completo dei livelli di
apprendimento, si ritiene opportuno diversificare il carattere delle verifiche, prevedendo prove
di diverso tipo in relazione alla complessità degli obiettivi e all’articolazione dei contenuti.
Sarannno esplicitati agli alunni, in particolare per le verifiche scritte, in modo chiaro: ⦁
contenuti e modalità delle verifiche ⦁ criteri di correzione e di valutazione adottati. I voti
saranno normalmente espressi in decimi, utilizzando l’intera scala da 1 a 10. In allegato alla
programmazione la tabella per la valutazione complessiva del processo di apprendimento. Le
verifiche formative saranno predisposte per controllare il raggiungimento degli obiettivi
cognitivi e operativi, specifici di ogni unità didattica; saranno basate su un congruo numero di
prove, sia scritte che in forma di colloquio anche collettivo, ed effettuate utilizzando diverse
modalità. Le verifiche sommative, prevalentemente scritte e di durata di un'ora, ad eccezione
della prova di simulazione nazionale saranno predisposte per il controllo del raggiungimento
degli obiettivi cognitivi ed operativi su un ampio spettro di contenuti interconnessi.
Segue allegato
GRIGLIA DI DESCRIZIONE del VALORE NUMERICO DEI VOTI (All. 1)
Voto
Descrittori
10
Conoscenza della materia completa, coordinata, approfondita ed arricchita da personale
rielaborazione dei contenuti. Analisi autonoma di un problema. Scelta, tra quelle possibili,
della risoluzione ottimale di un problema complesso. Eccellente uso degli strumenti di calcolo.
Uso rigoroso del linguaggio matematico/fisico. Fluidità e sicurezza nell’esposizione. Ottimo
impegno individuale. Produzione di contributi personali per il lavoro in classe.
7-8
Conoscenza esauriente e spesso approfondita dei contenuti. Analisi autonoma di un problema.
Individuazione di percorsi risolutivi anche di problemi complessi. Disinvoltura e correttezza nei
calcoli. Uso corretto del linguaggio e fluidità d’espressione.
6
Conoscenza dei soli contenuti minimi. Risoluzione per analogia di problemi la cui procedura
risolutiva sia stata trattata durante le lezioni (problemi guida). Calcoli sostanzialmente corretti
anche se, a volte, inutilmente lunghi. Uso corretto ma essenziale del linguaggio
matematico/fisico.
5
Conoscenza superficiale dei contenuti. Difficoltà nell’analisi e nella risoluzione di un problema
superabili solo con l’aiuto dell’insegnante. Alcuni errori di calcolo. Qualche improprietà di
linguaggio.
3-4
Conoscenza alquanto parziale e disorganica dei contenuti. Presenza di gravi errori di concetto
e di calcolo nella produzione scritta e orale. Uso improprio del linguaggio matematico/fisico
1-2
Pressoché totale ignoranza dei contenuti e del significato dei termini fondamentali del
linguaggio matematico/fisico. Estrema difficoltà nel calcolo e nella lettura di semplici grafici
