Liceo Scientifico Statale J.F. Kennedy

Ministero dell’Istruzione
Liceo Scientifico Statale J.F. Kennedy
Programma di Fisica Classe IV A AS 2006-2007
Professor Francesco Poli
I cap ito li f ra pare ntes i f a nno r if er ime nto a l tes to in adoz io ne : Fisica v olume prim o: Meccanica d i James Wa lker, ed . Za niche lli,
(F 1) e Fisica v olume sec ond o: Term ologia Onde Re la tivi tà
d i James . Wa lker, ed . Za niche lli
(F2) . Di ess i è s ta ta svo lta
so lame nte la par te qui spec if ica ta . I l ma ter ia le d i ta luni comp leme nti, espressame nte ind ica ti, è invece scar ica bile da lla pag ina We b
de l doce nte www .f ra ncescopo li.ne t,
DINAMICA
1.
(Pag ina web del do cente)
Definizione di lavoro elementare ed applicazione al caso di una forza costante. Estensione
al caso di una forza variab ile lungo una traiettoria curvilinea.
2.
Le forze conservative e l'energia potenziale: dimostrazione della conservatività della forza
gravitazionale. Definizione di energia potenziale rispetto ad una posizione di riferimento.
3.
L’energia potenziale gravitazionale in prossimità della superficie terrestre:
lavoro delle forze conservative
U = mgh
. Il
L = U A −U B
4.
Definizione di energia cinetica. Dimostrazione del teorema dell’energia cinetica.
5.
Il teorema di conservazione dell’energia meccanica.
6.
L’energia potenziale elastica
U =
1
k ∆s 2
2
App rof ondimenti attraverso alcuni eserciz i
CENNI DI IDROSTATICA (F1 Capitolo 14)
1.
Il concetto di densità e quello di pressione
2.
La legge di Stevino. La pressione atmosferica e l’esperimento di Torricelli
3.
Il principio di Pascal. I vasi co municanti. Il torchio idraulico.
4.
La Spinta di Archimede ed il galleggiamento dei corpi.
5.
Dimostrazione del teorema di Bernoulli. Sua applicazione al volo degli aeroplani (in
conco mitanza con il principio di azione e reazione) all’andatura di b olina ed al traverso
,
,
alle palle ad effetto spoiler delle auto mob ili scoperchiamento di tetti durante gli uragani
,
,
,
spruzzatore di profumo.
TERMOLOGIA (F2 capitoli T1 e T2. App unti distribuiti dal docente)
ncipio zero della Termodinamica ed il principio dell’equilib rio termico.
8. La legge di dilatazione lineare dei solidi ed alcune sue applicazioni: termometri ed
interrutto ri.
7.
Il pri
9. Trasmissione del calore: coefficiente di conducib ilità termica, convezione nei liquidi e nei
10.
11.
12.
13.
14.
gas.
Giustapposizione dei concetti di lavoro e calore come modalità di trasferimento di energia.
La capacità termica ed il calore specifico di solidi e liquidi. L’equazione dell’equilib rio
termico. L’equivalente meccanico della caloria.
La mole ed il numero di Avogadro. L’equazione di stato dei gas perfetti. L'energia interna
di un gas reale come energia potenziale e cinetica
Le leggi di Boyle e di Gay-Lussac. Trasformazioni isoterme, isòbare ed isocòre e loro
rappresentazione nel piano P,V. La temperatura asso luta ed i gas pefetti.
Il concetto di quantità di moto e la dimostrazione del legame fra macrosco pico e
microscopico. Teoria cinetica dei gas ed interpretazione microscopica della pressione
tramite la legge
1
2 .
P=
3
ρ v
15. Legame fra temperatura ed energia cinetica interna di un gas perfetto. La distrib uzione di
Maxwell. (Appunti dis tribuiti dal docente)
16. Gli stati di aggregazione della materia. Il reticolo cristallino. (Appunti dis tribuiti dal docente)
17. Le transizioni di fase: condensazione-evaporazione e fusione-solidificazione. Il calore
latente di fusione e di solidificazione. Il calore latente di vaporizzazione: differenza
concettuale con la fusione. (Appunti dis tribuiti dal docente)
18. La tensione di vapor saturo. L’eb ollizione dell’acqua. La formazione delle nuvole. ( Appunti
dis tribuiti dal docente)
Approf ondimenti attraverso alcuni esercizi sull’equilibrio termico
TERMODINAMICA (F2 capitolo T3, pagina web do cente )
1. La termodinamica come scienza della transizione fra stati di equilib rio. Sistemi
termodinamici e trasformazioni. Variabili di stato
2. Le trasformazioni termodinamiche reali e quelle quasi-statiche
3. Energia interna di un sistema termodinamico e modalità di scamb io: lavoro e calore. Il
4.
primo principio della termodinamica
Espressione del lavoro meccanico in un sistema termodinamico: trasformazione isob ara,
trasformazione isocora e trasformazione isoterma dei gas perfetti e calcolo del lavoro come
area sottesa nel piano P,V.
5. Le trasformazioni adiab atiche dei gas perfetti: proprietà ed equazione. Loro
rappresentazione nel piano PV.
6. Calore specifico molare di un gas perfetto monoatomico sia a pressione costante che a
volume costante.
7. La direzione spontanea del flusso di calore ed i motori termici come macchine cicliche che
necessitano di una differenza di temperatura.
8. Il secondo principio della termodinamica nella formulazione di Clausius ed in quella di
Kelvin. Equivalenza dei due enunciati.
9. Il motore di Carnot: definizione e dimostrazione della formula che ne dà il rendimento nel
caso di un motore a gas perfetto.
10. Dimostrazione del teorema di Carnot: tutti i motori di Carnot hanno lo stesso rendimento
ed inoltre il rendimento di un motore di Carnet è maggiore di quello di un qualunque altro
motore che lavora fra le stesse temperature minima e massima.
11. Il rilascio spontaneo di energia e l’entropia come variab ile di stato.
12. La variazione di entropia nelle trasformazioni reversib ili ed in quelle irreversib ili dei
sistemi isolati.
13. La morte termica dell’Universo.
2 Capitolo O1 m a si veda an ch e il volum e Mecc an ic a)
ONDE (F
1.
Fenomeni di propagazione ondosa: onde trasversali ed onde longitudinali. Interpretazione
del suono come onda longitudinale di pressione.
2.
Frequenza, periodo e lunghezza d’onda: loro relazione con la velocità dell’onda.
3.
Onde su di una corda: la formula
v=
F
µ
con dimostrazione dimensionale). Riflessione
(
di un’onda su di una corda con un estremo lib ero oppure con un estremo vincolato .
4.
Il
mo to
armonico
e
l’equazione
delle
onde
armoniche
 2π
2π  .
y(x , t ) = y 0 sin  t −
x
T
λ 
Significato della lunghezza d’onda e del periodo in termini di fase. Significato delle
quantità
5.
2π
T
e
2π
λ
in termini di fase App unti distribuiti dal docente)
(
Sovrapposizione ed interferenza delle onde a partire dall’osservazione degli impulsi su di
una corda. Condizioni di interferenza costruttiva e distruttiva
6.
Le
onde
stazionarie
su
di
una
corda:
frequenza
dell’armonica
fondamentale
e
delle
armoniche superiori
7.
Il suono: intensità ed acutezza.
8.
L’effetto Doppler: sorgente in moto ed osservatore in moto . Confronto dei due casi. Bang
sonico . Uso del Doppiere nell’esame ecocardio doppler e nell’autovelox.
2 Capitolo O2)
OTTICA GEOMETRICA (F
1.
L’approssimazione dei raggi luminosi e dei fronti d’onda.
2.
La differenza fra riflessione speculare e riflessione diffusa della luce. La legge della
riflessione.
3.
La variazione della velocità della luce in un mezzo: l’indice di rifrazione. La legge della
rifrazione di Snell-Descartes come conseguenza del rallentamento della luce in mezzi
otticamente densi. Dimostrazione della relazione
sin θ1
v .
= 1
sin θ2
v2
 1 . L br
.
= arcsin   e fi e ottiche
n 
4.
La riflessione totale interna e l’angolo limite
5.
La dispersione della luce. Spiegazione delle pro prietà del prisma di vetro . Spiegazione
θlim
delle pro prietà e della fo rma dell’arcob aleno .
6.
Lenti concave e convesse: modello a due prismi. Equazione della lente b iconvessa sottile e
funzionamento del cristallino oculare.
2 Capitolo O4)
OTTICA FISICA (F
1
.
2
.
inci io di Huygens e e onde seconda ie come s iegazione de inte fe enza e de a
Il pr
p
l
r
p
ll’
r r
ll
diff azione
r
.
ia fenditu a: a diffe enza di fase e a egge
es e ienza di Yo ung de inte fe enza da do
L’
p r
ll’
r r
pp
r
l
r
l l
ossimata
ppr
a
3.
y=
Il camb iamento
più
Dλ
d
e t ova e a osizione
p r r
r
l p
i massimi e
y de
ei minimi i interferenza.
d
d
i fase ella luce ovuto alla riflessione a un mezzo meno enso a uno
d
d
d
d
d
d
4.
enso .
d
L’interferenza nel meccanismo
5.
Cenni ai retico li
i funzionamento ei CD.
d
d
i iffrazione e all’iri escenza.
d d
d
d
2 Capitolo O4)
CENNI ALLA RELATIVITA’ RISTRETTA (F
1.
L’esperimento di Michelson-Morley
2.
La dilatazione dei tempi ed il paradosso dei gemelli
ESPERIENZE OSSERVATIVE DI LABORATORIO
a)
Il rigelo.
b)
L’eb ollizione dell’acqua a temperatura amb iente nella pompa da vuoto.
c)
Verifica della legge di Boyle in una pompa da vuoto tramite palloncino e schiuma.
d)
Verifica della legge di stato dei gas perfetti tramite l ’aria calda di una candela.
e)
Visualizzazione di suoni all’o scillo scopio. I b attimenti
f)
L’effetto Doppler
g)
Il reticolo di diffrazione acustica
Roma, 12 Giugno 2007
L'insegnante
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In rappresentanza degli studenti
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