LICEO STATALE S.PIZZI
PROGRAMMAZIONE DI FISICA
SECONDO BIENNIO
LICEO SCIENTIFICO CON OPZIONE SCIENZE
APPLICATE
[LS OSA]
FINALITA’ DEL SECONDO BIENNIO
Al termine del secondo biennio lo studente avrà appreso i concetti fondamentali della fisica, le leggi e le
teorie che li esplicitano, acquisendo consapevolezza del valore conoscitivo della disciplina e del nesso tra lo
sviluppo della conoscenza fisica ed il contesto storico e filosofico in cui essa si è sviluppata.
In particolare, lo studente avrà acquisito le seguenti competenze:
• 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.
La libertà, la competenza e la sensibilità dell’insegnante − che valuterà di volta in volta il percorso didattico
più adeguato alla singola classe − svolgeranno un ruolo fondamentale nel trovare un raccordo con altri
insegnamenti (in particolare con quelli di matematica, scienze, storia e filosofia).
In particolare per il liceo delle scienze applicate si sottolinea il ruolo centrale del laboratorio, inteso sia come
attività di presentazione da cattedra, sia come esperienza di scoperta e verifica delle leggi fisiche, che
consente allo studente di comprendere il carattere induttivo delle leggi e di avere una percezione concreta
del nesso tra evidenze sperimentali e modelli teorici.
OBIETTIVI DEL SECONDO BIENNIO
Nel secondo biennio il percorso didattico darà maggior rilievo all’impianto teorico (le leggi della fisica) e
alla sintesi formale (strumenti e modelli matematici), con l’obiettivo di formulare e risolvere problemi più
impegnativi, tratti anche dall’esperienza quotidiana, sottolineando la natura quantitativa e predittiva delle
leggi fisiche. Inoltre, l’attività sperimentale consentirà allo studente di discutere e costruire concetti,
progettare e condurre osservazioni e misure, confrontare esperimenti e teorie.
Saranno riprese le leggi del moto, affiancandole alla discussione dei sistemi di riferimento inerziali e non
inerziali e del principio di relatività di Galilei.
L’approfondimento del principio di conservazione dell’energia meccanica, applicato anche al moto dei fluidi
e l’affronto degli altri principi di conservazione, permetteranno allo studente di rileggere i fenomeni
meccanici mediante grandezze diverse e di estenderne lo studio ai sistemi di corpi. Con lo studio della
gravitazione, dalle leggi di Keplero alla sintesi newtoniana, lo studente approfondirà, anche in rapporto con
la storia e la filosofia, il dibattito del XVI e XVII secolo sui sistemi cosmologici.
Si completerà lo studio dei fenomeni termici con le leggi dei gas, familiarizzando con la semplificazione
concettuale del gas perfetto e con la relativa teoria cinetica; lo studente potrà così vedere come il paradigma
newtoniano sia in grado di connettere l’ambito microscopico a quello macroscopico. Lo studio dei principi
della termodinamica permetterà allo studente di generalizzare la legge di conservazione dell’energia e di
comprendere i limiti intrinseci alle trasformazioni tra forme di energia, anche nelle loro implicazioni
tecnologiche, in termini quantitativi e matematicamente formalizzati.
Si inizierà lo studio dei fenomeni ondulatori con le onde meccaniche, introducendone le grandezze
caratteristiche e la formalizzazione matematica; si esamineranno i fenomeni relativi alla loro propagazione
con particolare attenzione alla sovrapposizione, interferenza e diffrazione. In questo contesto lo studente
familiarizzerà con il suono (come esempio di onda meccanica particolarmente significativa) e affiancherà lo
studio della luce a quei fenomeni che ne evidenziano la natura ondulatoria.
Lo studio dei fenomeni elettrici permetterà allo studente di esaminare criticamente il concetto di interazione
a distanza, già incontrato con la legge di gravitazione universale, e di arrivare al suo superamento mediante
l’introduzione di interazioni mediate dal campo elettrico, del quale si darà anche una descrizione in termini
di energia e potenziale.
CLASSE III
Mese
Modulo
Contenuti
Competenze/abilità
I vettori. Scomposizione di un
vettore.
Rappresentazione
goniometrica. Le componenti di
un vettore. Il prodotto scalare. Il
prodotto vettoriale. L’espressione
in coordinate di un vettore.
• Saper operare con i vettori
I PRINCIPI DELLA
DINAMICA E LA
RELATIVITÀ
GALILEIANA
Il primo principio della dinamica.
I sistemi di riferimento inerziali.
Il principio di relatività galileiana.
La massa inerziale e le definizioni
operative. Il secondo principio
della dinamica. Il terzo principio
della dinamica.
LE FORZE E I MOTI
I moti su una retta. Il moto
parabolico. Il moto circolare
uniforme. La velocità angolare.
L’accelerazione centripeta. Il
moto armonico. L’accelerazione
del moto armonico. Il moto
armonico di una molla. Il
pendolo. Composizione di moti
IL LAVORO E
L’ENERGIA
Il lavoro; la potenza; forze
conservative e forze dissipative;
energia
cinetica;
energia
potenziale gravitazionale; la
definizione generale dell’energia
potenziale; energia potenziale
elastica;
la
conservazione
dell’energia
meccanica;
la
conservazione dell’energia totale.
• Saper distinguere i sistemi di
riferimento inerziali da quelli
non inerziali
• Saper dare una descrizione
cinematica dei moti rispetto a
sistemi di riferimento inerziali
differenti
• Aver appreso il concetto di
forza apparente
• Saper applicare i concetti di
accelerazione centripeta e
tangenziale
• Saper applicare i concetti di
periodo e frequenza
• Riconoscere la relazione tra
velocità tangenziale, velocità
angolare ed accelerazione
centripeta nel moto circolare
uniforme
• Saper riconoscere l’equazione
oraria del moto circolare
uniforme e uniformemente
accelerato
• Saper ricavare l’equazione della
traiettoria del moto parabolico
• Saper applicare i concetti di
moto dei proiettili e gittata
• Saper riconoscere l’equazione
oraria del moto armonico.
• Conoscere i concetti di lavoro e
potenza
• Sapere la differenza tra forze
conservative e non
• Conoscere i concetti di energia
potenziale e cinetica
• Saper applicare il principio di
conservazione dell’energia
meccanica
Settembreottobre
I VETTORI
Novembre
dicembre
Dicembre
gennaio
QUANTITÀ DI
MOTO E MOMENTO
ANGOLARE
LA GRAVITAZIONE
Febbraio
La quantità di moto; la • Saper applicare il teorema
conservazione della quantità di
dell’impulso
moto; l’impulso di una forza; i • Saper applicare il principio della
conservazione della quantità di
principi della dinamica e la legge
moto in una e in due dimensioni
di conservazione della quantità di
•
Conoscere gli elementi essenziali
moto; gli urti su una retta; gli urti
della dinamica rotazionale
obliqui; il centro di massa; il
momento angolare; conservazione
e variazione del momento
angolare; il momento di inerzia.
Le leggi di Keplero. La • Conoscere le leggi di Keplero
gravitazione universale. Il valore • Acquisire il concetto do campo
gravitazionale
della costante G. Massa inerziale
e massa gravitazionale. Il moto
dei satelliti. La deduzione delle
leggi di Keplero. Concetto di
campo e il campo gravitazionale.
L’energia
potenziale
gravitazionale.
Marzo - Aprile
LA DINAMICA DEI La corrente di un fluido.
L’equazione
di
continuità.
FLUIDI
L’equazione
di
Bernoulli.
L’effetto Venturi. L’attrito nei
fluidi. La caduta in un fluido.
• Conoscere e saper applicare gli
elementi essenziali della
dinamica dei fluidi
LA TEMPERATURA
La definizione operativa della
temperatura. Il termometro. La
dilatazione lineare dei solidi. La
dilatazione volumica dei solidi,
dei liquidi e dei gas. Le
trasformazioni di un gas. La
prima legge di Gay-Lussac. La
legge di Boyle. La seconda legge
di Gay-Lussac. Il gas perfetto.
Atomi e molecole. La mole e il
numero
di
Avogadro.
L’equazione di stato del gas
perfetto.
• Saper esprimere la temperatura
nelle scale termometriche
Celsius, Fahrenheit, Kelvin
• Saper applicare i concetti di
equilibrio termico e temperatura
• Saper applicare le leggi della
dilatazione termica
• Saper applicare le leggi dei gas
perfetti
IL MODELLO
MICROSCOPICO
DELLA MATERIA
Il moto browniano. La pressione • Aver compreso la relazione tra
grandezze microscopiche e
del gas perfetto. Il calcolo della
macroscopiche nella descrizione
pressione del gas perfetto. La
del comportamento dei gas
temperatura dal punto di vista
• Saper riconoscere le proprietà
microscopico.
La
velocità
della distribuzione di Maxwell
quadratica
media.
La • Aver compreso la definizione
distribuzione
di
Maxwell.
di zero assoluto
L’energia interna. Gas, liquidi e
solidi.
I CAMBIAMENTI DI
STATO
Aprile-maggio
IL PRIMO
PRINCIPIO DELLA
TERMODINAMICA
Maggio-giugno
IL SECONDO
PRINCIPIO DELLA
TERMODINAMICA
I
passaggi
tra
stati
di • Aver compreso il concetto di
passaggio di stato
aggregazione. La fusione e la
solidificazione.La vaporizzazione
e la condensazione. Il vapore
saturo e la sua pressione. La
condensazione e la temperatura
critica.
Il
vapore
acqueo
nell’atmosfera.
Gli scambi di energia. L’energia
interna di un sistema fisico. Il
principio
zero
della
termodinamica. Trasformazioni
reali e quasistatiche. Il lavoro
termodinamico. Il primo principio
della
termodinamica.
Applicazioni del primo principio:
trasformazioni isocòre, isobare,
isoterme e cicliche. I calori
specifici del gas perfetto. Le
trasformazioni adiabatiche, le
equazioni
delle
adiabatiche
quasistatiche.
Le macchine termiche, bilancio
energetico di una macchina
termica. Enunciati di Lord Kelvin
e di Clausius del secondo
principio e loro equivalenza.
Terzo enunciato: il rendimento di
una
macchina
termica.
Trasformazioni reversibili ed
irreversibili. Il teorema di Carnot.
Il ciclo di Carnot. Il rendimento
della macchina di Carnot. Il ciclo
di
Stirling.
Il
motore
dell’automobile. Il frigorifero.
Entropia,
rappresentazione
microscopica e macroscopica.
• Saper calcolare il lavoro svolto
nelle trasformazioni
termodinamiche reversibili
• Saper applicare il primo principio
della termodinamica alle
trasformazioni reversibili
• Saper distinguere tra i calori
specifici a volume e pressione
costante di un gas e saperli
calcolare
• Saper calcolare il rendimento di
una macchina termica e il
coefficiente di guadagno di una
macchina frigorifera
• Saper riconoscere l‟equivalenza
dei diversi enunciati del secondo
principio
• Saper applicare la variazione di
entropia nelle trasformazioni
termodinamiche
CLASSE IV
Mese
Modulo
Settembre-ottobre
Ottobre-novembre
Dicembre
Contenuti
Competenze/abilità
LE ONDE
ELASTICHE
Le onde, onde trasversali e
longitudinali, onde elastiche.
Fronti d’onda e raggi.
Le onde periodiche. Le onde
armoniche. Oscillatore
armonico e risonanza*.
L’interferenza.
L’interferenza in un piano e
nello spazio. Le onde sonore.
L’effetto Doppler
ONDE LUMINOSE
• Essere in grado di descrivere gli aspetti
comuni a tutti i tipi di onde.
• Saper descrivere le grandezze da cui
dipende la velocità di un’onda meccanica
in relazione alla dinamica e all’inerzia del
mezzo.
• Saper descrivere la relazione tra velocità,
lunghezza d’onda e frequenza di un’onda.
• Essere in grado di distinguere le
caratteristiche di un’onda nella funzione
d’onda
• Essere in grado di descrivere le
caratteristiche del suono.
• Saper calcolare i diversi spostamenti di
frequenza Doppler per i diversi esempi di
sorgenti o osservatori in movimento.
• Saper ricorrere al modello ondulatorio per
spiegare l’interferenza e la diffrazione.
• Essere in grado di spiegare sia
l’interferenza sia la diffrazione e di mettere
in evidenza le differenze.
• Essere in grado di risolvere esercizi e
problemi su interferenza e diffrazione della
luce.
L’irradiamento e l’intensità
di radiazione. Le grandezze
fotometriche.
Onde
e
corpuscoli. Interferenza della
luce.
L’esperimento
di
Young. La diffrazione. La
diffrazione della luce. I
colori e la lunghezza d’onda.
L’emissione e l’assorbimento
della luce.
L’elettrizzazione
per • Conoscere i metodi di elettrizzazione
strofinio. I conduttori e gli • Conoscere la legge di Coulomb e saperla
isolanti. L’elettrizzazione per
usare nella risoluzione di esercizi
contatto. La carica elettrica.
La conservazione della carica
elettrica. La legge di
Coulomb. L’esperimento di
Coulomb. La forza di
Coulomb nella materia.
L’elettrizzazione
per
induzione. La polarizzazione.
LA CARICA
ELETTRICA E LA
LEGGE DI
COULOMB
Gennaio
IL CAMPO
ELETTRICO
Il vettore campo elettrico. Il • Essere in grado di enunciare il concetto di
campo elettrico di una carica
campo vettoriale.
puntiforme. Le linee di • Essere in grado di usare la legge di
campo. Il flusso del Campo
Coulomb per calcolare il campo elettrico
Elettrico e il teorema di
dovuto ad una distribuzione di cariche
Gauss. Il campo elettrico
elettriche puntiformi.
generato da una distribuzione • Essere in grado di tracciare le linee di forza
lineare infinita di carica e da
di semplici distribuzioni di carica e di
una
distribuzione
piana
ottenere informazioni sull’orientamento e
infinita di carica e da una
sul modulo del campo elettrico dal
distruzione sferica di carica.
diagramma tracciato.
• Dimostrare di saper ricavare il campo
elettrico generato da distribuzioni di carica
applicando in ciascun caso il teorema di
Gauss.
• Essere in grado di risolvere esercizi e
problemi su campo elettrico e applicazioni
del teorema di Gauss
Febbraio-marzo
IL POTENZIALE
ELETTRICO
Marzo-aprile
FENOMENI DI
ELETTROSTATICA
Aprile-maggio
CORRENTE
ELETTRICA
CONTINUA
CORRENTE
ELETTRICA NEI
METALLI
L’energia
potenziale • Essere in grado di descrivere il potenziale
elettrica.
Il
potenziale
elettrico e di descrivere la relazione tra
elettrico. Il potenziale di una
potenziale e campo elettrico.
carica
puntiforme.
Le • Essere in grado di ricavare il potenziale di
superfici equipotenziali. La
una carica puntiforme e tracciarne il grafico
deduzione
del
campo
in funzione della distanza dalla carica.
elettrico dal potenziale. La • Essere in grado di definire la d.d.p. e
circuitazione del campo
spiegare la differenza tra la d.d.p. e il
elettrostatico.
potenziale.
• Essere in grado di risolvere esercizi e
problemi sul potenziale elettrostatico in
tutte le configurazioni trattate
La distribuzione della carica • Essere in grado di spiegare perché il campo
nei conduttori in equilibrio. Il
elettrostatico è nullo all’interno di un
campo
elettrico
e
il
conduttore in equilibrio elettrostatico.
potenziale in un conduttore • Saper calcolare la densità di carica sulla
all’equilibrio elettrostatico. Il
superficie di un conduttore in equilibrio
problema
generale
elettrostatico
dell’elettrostatica.
La • Saper calcolare la capacità di un conduttore
capacità di un conduttore.
in equilibrio elettrostatico
Sfere
in
equilibrio • Essere in grado di definire la capacità di un
elettrostatico.
Il
condensatore e calcolare la capacità
condensatore.
Campo
equivalente di alcuni condensatori in serie e
elettrico generato da un
in parallelo.
condensatore piano Capacità • Essere in grado di descrivere l’effetto di un
di un condensatore piano
dielettrico in un condensatore.
Capacità del condensatore • Essere in grado di esprimere l’energia
sferico. I condensatori in • immagazzinata in un condensatore e
serie e in parallelo. L’energia
ricavare la densità di energia
immagazzinata
in
un
condensatore.
L’intensità della corrente • Essere in grado di definire e discutere i
elettrica. I generatori di
concetti di corrente elettrica, velocità di
tensione. Il circuito elettrico.
deriva, densità di corrente, resistenza e
La prima legge di Ohm. I
forza elettromotrice.
resistori in serie e in parallelo • Essere in grado di enunciare la legge di
Le leggi di Kirchhoff..
Ohm e di distinguerla dalla definizione di
La
trasformazione
resistenza.
dell’energia elettrica. La
forza elettromotrice e la • Essere in grado di descrivere la resistività,
resistenza interna di un
di distinguerla dalla conducibilità e di
generatore.
descriverne la dipendenza dalla
temperatura.
• Saper descrivere la relazione tra differenza
di potenziale, corrente e potenza.
• Essere in grado di determinare la resistenza
equivalente di sistemi di resistenze in serie
e in parallelo.
• Essere in grado di enunciare i principi di
Kirchhoff e di usarli per analizzare circuiti
in corrente continua.
I conduttori metallici. La • Essere in grado di tracciare un diagramma
seconda legge di Ohm: la
che rappresenti l’andamento della carica su
resistività. L’effetto Joule. La
un condensatore e della corrente in
dipendenza della resistività
funzione del tempo, durante i processi di
dalla temperatura. Carica e
carica e scarica di un condensatore.
scarica di un condensatore. • Essere in grado di risolvere esercizi e
L’estrazione degli elettroni
problemi sulla corrente, sulla legge di
da un metallo. L’effetto
Ohm, sui circuiti in corrente continua
Volta. L’effetto Seebeck
Maggio-giugno
FENOMENI
MAGNETICI
FONDAMENTALI
CAMPO
MAGNETICO
• Essere in grado di descrivere l’effetto
termoionico
• Essere in grado di risolvere problemi
relativi ai potenziali di estrazione
• Essere in grado di enunciare e giustificare
le leggi Volta
• Essere in grado di inquadrare
• l’elettromagnetismo nel contesto storico e
scientifico in cui si è sviluppato.
• Essere in grado di fornire la definizione
operativa di campo magnetico e di
descriverlo mediante linee di campo
• Essere in grado di risolvere esercizi e
problemi sul campo magnetico e su fili,
spire, solenoidi percorsi da una corrente e
situati in un campo magnetico.
• Essere in grado di calcolare il momento
magnetico di una spira di corrente e il
momento di forza a cui è soggetta una spira
di corrente in un campo magnetico.
• Saper descrivere il funzionamento del
motore elettrico
La forza magnetica e le linee
del
campo
magnetico.
Confronto
tra
campo
magnetico e campo elettrico.
Forze che si esercitano tra
magneti e correnti. Forze tra
correnti. La definizione di
ampère.
L’intensità
del
campo magnetico. La forza
esercitata da un campo
magnetico su un filo percorso
da
corrente.
Campo
magnetico di un filo percorso
da corrente: la legge di Biot Savart. Il campo magnetico
di una spira e di un
solenoide. Il motore elettrico.
Momento
della
forza
magnetica su una spira.
L’amperometro
e
il
voltmetro.
La forza di Lorentz. Forza • Essere in grado di descrivere la forza
elettrica e magnetica.
Il
magnetica che agisce su un elemento di
moto di una carica in un
corrente e su una carica elettrica in moto
campo magnetico uniforme.
che si trovino in un campo magnetico
Lo spettrometro di massa. Il • Essere in grado di enunciare il teorema di
flusso del campo magnetico.
Ampère
La circuitazione del campo • Essere in grado di distinguere e descrivere
magnetico: il teorema di
le sostanze paramagnetiche,
Ampère.
Le
proprietà
ferromagnetiche e diamagnetiche
magnetiche dei materiali
*N.B.: gli argomenti oscillatore armonico e risonanza non sono previsti dal testo in adozione [Amaldi per i licei
scientifici blu].
