Istituto Paritario “Maria Ausiliatrice” di Napoli – via E. Alvino n. 9
PROGRAMMA SVOLTO DI FISICAa.s. 2015/2016
Classe: V Liceo Scientifico
Docente: Falvo Angela
Modulo 1: Il campo magnetico
La forza magnetica e le linee del campo magnetico. Confronto tra campo magnetico e campo
elettrico. Le forze tra magneti e correnti. La definizione dell’ampere. La definizione del coulomb.
L’intensità del campo magnetico. L’unità di misura di 𝐵. La forza magnetica su un filo percorso da
corrente. Il campo magnetico di un filo percorso da corrente. La legge di Biot e Savart con relativa
dimostrazione. Il campo magnetico di una spira e di un solenoide. Il motore elettrico. Il momento
della forza magnetica su una spira. Il momento magnetico della spira. L’amperometro e il
voltmetro. Utilizzo dell’amperometro e del voltmetro. La forza di Lorentz. Il selettore di velocità.
L’effetto Hall. La tensione di Hall. Il moto di una carica in un campo magnetico uniforme: moto
⃗ uniforme; il raggio della traiettoria circolare; il periodo
con velocità perpendicolare a un campo 𝐵
⃗ uniforme. Il valore della carica
del moto circolare; moto con velocità obliqua a un campo 𝐵
specifica dell’elettrone. Lo spettrometro di massa. Il flusso del campo magnetico. Il flusso
attraverso una superficie non piana. Il teorema di Gauss per il magnetismo e relativa dimostrazione.
La circuitazione del campo magnetico: il teorema di Ampère e relativa dimostrazione. Applicazioni
del teorema di Ampère: il campo magnetico all’interno di un filo percorso da corrente; campo
magnetico generato da un toroide. La densità di corrente. Le proprietà magnetiche dei materiali:
sostanze ferromagnetiche, diamagnetiche e paramagnetiche. Interpretazione microscopica delle
proprietà magnetiche. La permeabilità magnetica relativa. Il ciclo di isteresi magnetica. La
magnetizzazione permanente. La temperatura di Curie. I domini di Weiss. Le equazioni di Maxwell
relative al campo magnetico scritte nel caso statico.
Modulo 2: L’induzione elettromagnetica
La corrente indotta. La legge di Faraday-Neumann e relativa dimostrazione. La forza elettromotrice
indotta istantanea. La legge di Lenz. Le correnti di Foucault. L’autoinduzione e la mutua induzione.
L’induttanza di un circuito. Energia e densità di energia del campo magnetico. Dimostrazione del
valore dell’energia immagazzinata. L’induttanza di un solenoide. L’alternatore. Il calcolo della
forza elettromotrice alternata. Il valore efficace della forza elettromotrice e della corrente. La
corrente trifase. Gli elementi circuitali fondamentali in corrente alternata: il circuito ohmico; il
circuito induttivo; il circuito capacitivo. I circuiti in corrente alternata: la relazione tra i valori
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efficaci; la condizione di risonanza; l’angolo di sfasamento. Il circuito LC. Il bilancio energetico del
circuito LC. Il circuito LC e il sistema massa-molla. Il trasformatore. Il linac e il ciclotrone.
Attività sperimentali: studio dell’induzione elettromagnetica attraverso l’uso di applets.
Modulo 3: Le equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche
Il campo elettrico indotto. La circuitazione del campo elettrico indotto. Calcolo della circuitazione
del campo elettrico. La corrente di spostamento. Il calcolo della corrente di spostamento. Le
equazioni di Maxwell ed il campo elettromagnetico. Le onde elettromagnetiche. La velocità della
luce. Il principio di Huygens. La riflessione della luce. La rifrazione della luce. Le leggi della
rifrazione. Il principio di Huygens e la rifrazione. La dispersione della luce. La riflessione totale.
L’angolo limite. Le onde elettromagnetiche piane. L’onda elettromagnetica nel tempo. La ricezione
delle onde elettromagnetiche. L’energia trasportata da un’onda piana. La polarizzazione della luce.
Il polarizzatore. La legge di Malus. Lo spettro elettromagnetico. Le onde radio e le microonde. Le
radiazioni infrarosse, visibili, e ultraviolette. I raggi X. I raggi gamma.
Modulo 4: La relatività
Il valore numerico della velocità della luce. L’esperimento di Michelson-Morley. Gli assiomi della
teoria della relatività ristretta. Il concetto di simultaneità. La definizione operativa di simultaneità.
La relatività della simultaneità. La dilatazione dei tempi: la sincronizzazione degli orologi; la
misura di un intervallo di tempo; la dilatazione dei tempi e l’intervallo di tempo proprio; il
paradosso dei gemelli; i simboli 𝛽 e 𝛾. La contrazione delle lunghezze: le lunghezze poste nella
direzione del moto relativo si contraggono; la lunghezza propria. L’invarianza delle lunghezze
perpendicolari al moto relativo e relativa dimostrazione. Le trasformazioni di Lorentz. L’intervallo
invariante. Lo spazio-tempo. La composizione delle velocità e relativa dimostrazione.
L’equivalenza tra massa ed energia. La quantità di moto della luce. La relazione di Einstein. La
Tomografia a Emissione di Positoni (PET). L’energia cinetica relativistica. La massa relativistica.
La quantità di moto relativistica. Il quadrivettore energia-quantità di moto. L’effetto Doppler
relativistico.
Modulo 5: La relatività generale e la crisi della fisica classica
Il problema della gravitazione: la proporzionalità diretta tra massa inerziale e massa gravitazionale;
equivalenza tra caduta libera e assenza di peso; equivalenza tra accelerazione e forza-peso. I
principi della relatività generale: il principio di equivalenza; il principio di relatività generale;
curvatura dello spazio e moto lungo le geodetiche. Le geometrie non euclidee. Gravità e curvatura
dello spazio – tempo: le curve geodetiche. La deflessione gravitazionale della luce. I buchi neri. Il
redshift gravitazionale. La dilatazione gravitazionale dei tempi. Le onde gravitazionali. Il corpo
nero e l’ipotesi di Planck. L’effetto fotoelettrico. Il potenziale d’arresto. La quantizzazione della
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luce secondo Einstein. L’effetto Compton. L’esperienza di Rutherford. L’esperimento di Millikan.
Il modello di Bohr. L’esperimento di Franck e Hertz.
Modulo 6: La fisica quantistica e la fisica nucleare
Le proprietà ondulatorie della materia. La prima forma del principio di indeterminazione. la
seconda forma del principio di indeterminazione. Le onde di probabilità: l’equazione di
Schrö dinger; l’interpretazione fisica della funzione d’onda; probabilità da ignoranza e probabilità
quantistica; le due componenti della funzione d’onda. L’ampiezza di probabilità e il principio di
Heisenberg: caso della particella libera; caso del pacchetto d’onda. Il principio di sovrapposizione.
La logica a tre valori. Il gatto di Schrö dinger. Stabilità degli atomi. Orbite ellittiche in un campo
magnetico. I numeri quantici degli elettroni atomici. Lo spin dell’elettrone. I fermioni. I bosoni. Il
laser. L’emissione stimolata. Le bande di energia nei solidi. Isolanti e conduttori. I semiconduttori. I
semiconduttori drogati. Il diodo: la polarizzazione del diodo. Il transistore. Il regime di interdizione.
Dualismo fisica classica e fisica moderna. I nuclei degli atomi. Le reazioni nucleari. Gli isotopi. Le
forze nucleari. L’energia di legame dei nuclei. La radioattività. Decadimento alfa e decadimento
beta. La legge del decadimento radioattivo. La datazione con il carbonio-14. Grandezze
dosimetriche. L’interazione debole. La medicina nucleare: la terapia dei tumori; la tomografia a
emissione di positoni. La fissione nucleare. La fusione nucleare.
Modulo 7: La fisica oggi
Le frontiere della fisica odierna. La fisica delle particelle: il positone; il muone. I neutrini. Le
particelle nucleari instabili: i mesoni, i barioni. Le particelle-materia fondamentali. La forza forte.
La forza debole. Il modello standard: i leptoni, i quark e gli adroni. Particelle e pacchetti d’onda.
Rottura della simmetria elettrodebole. La particella di Higgs.
I libri di testo di riferimento sono:
-
L’Amaldi per i licei scientifici.blu, di Ugo Amaldi, volume 2, CE Zanichelli;
-
L’Amaldi per i licei scientifici.blu, di Ugo Amaldi, volume 3, CE Zanichelli.
Napoli, 06/06/2016
Gli alunni
Il Docente
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