istituto di istruzione superiore statale - G. Galilei
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ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” ad Indirizzo Liceo Scientifico – Liceo Classico - Liceo Artistico p.le Baden Powell – 97015 Modica Anno Scolastico 2016/2017 PROGRAMMAZIONE DIPARTIMENTALE liceo Scientifico e Scienze Applicate FISICA Classi nuovo ordinamento Proff. Lucia ALASSO - Marilena ALOISIO - Antonino CERRUTO Maria DI ROSA - Giuseppina MODICA - Maria RUTA Salvatore SCUDERI - Elvira TERRANOVA ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA Il dipartimento di Fisica ha fatto propria la proposta delle linee guida presente nel sito del ministero. FINALITÀ Fornire allo studente gli strumenti culturali e metodologici per una comprensione approfondita della realtà. Concorrere insieme alle altre discipline allo sviluppo dello spirito critico e alla promozione umana e intellettuale e al conseguimento di una visione unitaria del divenire storico. Contribuire all’acquisizione di una mentalità flessibile. Contribuire a comprendere il linguaggio universale delle discipline scientifiche. 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” . ACQUISIZIONE DI COMPETENZE GENERALI Al termine del percorso liceale 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. 1 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA Imparare ad imparare / Imparare ad osservare - Organizzare il proprio apprendimento - Acquisire il proprio metodo di lavoro e di studio - Accrescere la curiosità verso nuove conoscenze e metodologie di lavoro Progettare - Elaborare e realizzare attività seguendo la logica della progettazione - Valutare vincoli e possibilità esistenti definendo strategie di azioni e verificando i risultati raggiunti Comunicare - Rappresentare organicamente eventi, fenomeni, principi, concetti, procedure - Utilizzare il linguaggio scientifico per esprimere le conoscenze disciplinari acquisite - Individuare e rappresentare, elaborando argomentazioni coerenti, Individuare collegamenti e relazioni tra fenomeni, eventi e concetti diversi, anche collegamenti e appartenenti ad altri ambiti disciplinari relazioni - Cogliere la natura sistemica, individuando analogie e differenze, coerenze ed incoerenze, cause ed effetti - Interagire in gruppo e comprendere i diversi approcci alla problematica da risolvere Collaborare e - Valorizzare le proprie e le altrui capacità partecipare - Contribuire all’apprendimento comune e alla realizzazione delle attività collettive, nel riconoscimento degli altrui contributi 2 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA Nel primo biennio si inizia a costruire il linguaggio della fisica classica (grandezze fisiche scalari e vettoriali e unità di misura), abituando lo studente a semplificare e modellizzare situazioni reali, a risolvere problemi e ad avere consapevolezza critica del proprio operato. Al tempo stesso gli esperimenti di laboratorio consentiranno di definire con chiarezza il campo di indagine della disciplina e di permettere allo studente di esplorare fenomeni (sviluppare 41 abilità relative alla misura) e di descriverli con un linguaggio adeguato (incertezze, cifre significative, grafici). L’attività sperimentale lo accompagnerà lungo tutto l’arco del primo biennio, portandolo a una conoscenza sempre più consapevole della disciplina anche mediante la scrittura di relazioni che rielaborino in maniera critica ogni esperimento eseguito. 3 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA OBIETTIVI DISCIPLINARI PRIMO BIENNIO Recupero dei prerequisiti matematici indispensabili per affrontare lo studio della fisica e delle discipline scientifiche in genere Acquisizione di semplici conoscenze nel campo della fisica, sufficienti a fornire una spiegazione scientifica di molti fenomeni quotidianamente osservabili Acquisizione della capacità di raccogliere ed elaborare correttamente i dati sperimentali, costruire ed interpretare grafici Acquisizione della capacità di distinguere un modello dalla realtà e di comprenderne i limiti; Acquisizione di un corretto e responsabile comportamento in laboratorio Saper redigere una relazione di laboratorio comprensibile e sintetica Saper utilizzare un foglio elettronico per l’elaborazione dei dati Con l'attività di laboratorio gli allievi dovranno inoltre: Imparare a descrivere, anche per mezzo di schemi, le apparecchiature e le procedure utilizzate Sviluppare abilità operative connesse con l'uso degli strumenti Sviluppare capacità di lavoro in equipe Acquisire flessibilità nell'affrontare situazioni impreviste di natura concettuale e/o tecnica Sviluppare capacità di proporre semplici esperimenti atti a fornire risposte a problemi di natura fisica Nel definire le competenze, abilità e conoscenze della disciplina si fa riferimento alle indicazioni nazionali per il liceo scientifico. ASSE CULTURALE: Scientifico Tecnologico Osservare, descrivere e analizzare fenomeni appartenenti alla realtà naturale e artificiale e riconoscere nelle sue varie forme i concetti di sistema e di complessità Essere consapevole delle potenzialità e dei limiti delle tecnologie nel contesto culturale e sociale in cui vengono applicate Analizzare qualitativamente e quantitativamente fenomeni legati alle trasformazioni di energia a partire dall’esperienza 4 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA 1° anno ARTICOLAZIONE DELLE COMPETENZE IN ABILITÀ E CONOSCENZE COMPETENZE DI BASE CONOSCENZE 1. La misura: il fondamento della fisica ABILITÀ Il metodo sperimentale Definizione operativa di una grandezza fisica Le unità di misura del sistema internazionale (S.I.) Misure di tempo, di lunghezza e di massa L’ordine di grandezza di una misura e la notazione scientifica La densità di una sostanza Sensibilità di uno strumento Osservare, Errori di misura casuali e sistematici descrivere e Errore massimo ed errore statistico analizzare Errore assoluto, errore relativo ed errore fenomeni percentuale appartenenti Legge di propagazione degli errori Cifre significative di una misura alla realtà 2. naturale e L’elaborazione Leggi di proporzionalità diretta e inversa artificiale e dei dati in fisica Interpolazione ed estrapolazione di una serie di dati sperimentali riconoscere nelle sue varie forme i concetti di sistema e di complessità Spostamenti e loro somma Grandezze scalari e grandezze vettoriali Somma e differenza fra vettori, prodotto 3. Grandezze scalari fra un vettore e uno scalare Scomposizione di un vettore e grandezze Uso delle funzioni goniometriche vettoriali 5 Esprimere le dimensioni fisiche e ricavare l’unità di misura di una grandezza derivata Esprimere i numeri in notazione scientifica e riconoscere l’ordine di grandezza Saper utilizzare alcuni strumenti di misura Valutare l’errore massimo e l’errore statistico di una serie di misure ripetute Determinare l’errore di misura assoluto, relativo e percentuale di una grandezza Scrivere il risultato di una misura con l’indicazione dell’errore e con l’adeguato numero di cifre significative Calcolare l’errore su una misura indiretta Riconoscere le diverse proporzionalità che legano le grandezze fisiche Compilare una tabella di dati sperimentali e rappresentare i dati sul piano cartesiano Distinguere le grandezze scalari da quelle vettoriali. Eseguire la somma di vettori con il metodo punta-coda e con il metodo del parallelogramma. Eseguire la sottrazione di due vettori e la moltiplicazione di un vettore per un numero. Saper comporre e scomporre vettori per via grafica e per via analitica Eseguire il prodotto scalare e quello vettoriale di due vettori. ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA 4. La natura vettoriale delle forze Essere consapevole delle potenzialità e dei limiti delle tecnologie nel contesto culturale e sociale in cui vengono applicate. 5. L’equilibrio dei solidi Definizione operativa di forza e sua misura Acquisire il concetto di forza quale effetto dell’interazione tra corpi Forza peso Riconoscere e distinguere la natura Forza elastica e legge di Hooke di una forza peso, forza di attrito e Le forze vincolari e di attrito reazioni vincolari Applicare la legge di Hooke L’equilibrio di un punto materiale Momento di una forza e di un sistema di forze L’equilibrio di un corpo rigido Baricentro e stabilità dell’equilibrio. Definizione di pressione e principio di Pascal 6. Pressione nei liquidi e sua variazione con la La pressione e profondità l’equilibrio dei Vasi comunicanti Pressione atmosferica fluidi Principio di Archimede Disegnare un diagramma di corpo libero Saper individuare le condizioni di equilibrio dei corpi anche analizzando situazioni concrete Calcolare il momento delle forze, e delle coppie di forze, applicate a un corpo rigido. Interpretare il momento come prodotto vettoriale tra forza e braccio. Determinare le condizioni di equilibrio di un corpo. Calcolare la pressione nei fluidi. Applicare la legge di Stevino. Calcolare la pressione atmosferica. Riconoscere gli strumenti di misura della pressione atmosferica. Applicare il principio di Pascal e il principio di Archimede. Analizzare le condizioni di galleggiamento dei corpi. OBIETTIVI DIDATTICI MINIMI - Acquisire il concetto di grandezza fisica, misura e sistema di unità di misura - Saper raccogliere, ordinare e rappresentare dati sperimentali - Operare con i vettori e con le loro componenti - Determinare analiticamente e graficamente la risultante di un sistema di forze - Saper caratterizzare il movimento di un corpo mediante opportune grandezze - Calcolare la pressione di un fluido ed esprimerla con le varie unità di misura - Comunicare usando in modo appropriato il linguaggio scientifico in maniera essenziale CONTENUTI TEMPI DI TRATTAZIONE 1. La misura: il Fondamento della fisica Settembre - Ottobre 2. L’elaborazione dei dati in fisica Ottobre - Novembre 3. Grandezze scalari e grandezze vettoriali Novembre - Dicembre 4. La natura vettoriale delle forze Dicembre - Gennaio 5. L’equilibrio dei solidi Febbraio - Marzo 6. La pressione e l’equilibrio dei fluidi Aprile - Maggio- Giugno 6 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA 2° anno ARTICOLAZIONE DELLE COMPETENZE IN ABILITÀ E CONOSCENZE COMPETENZE DI BASE CONOSCENZE (Prerequisiti) * Il moto rettilineo Osservare, descrivere e analizzare fenomeni appartenenti alla realtà naturale e artificiale e riconoscere nelle sue varie forme i concetti di sistema e di complessità Essere consapevole delle potenzialità e dei limiti delle tecnologie nel contesto culturale e sociale in cui vengono applicate 1. Moti nel piano e moto armonico 2. La dinamica newtoniana ABILITÀ Descrizione del moto rispetto a un sistema di riferimento Velocità media e velocità istantanea Diagramma orario e sue proprietà Moto rettilineo uniforme Accelerazione media e accelerazione istantanea Grafico velocità – tempo e sue proprietà Moto rettilineo uniformemente accelerato Accelerazione di gravità e moto verticale in caduta libera Descrizione del moto rispetto a un sistema di riferimento Velocità media e velocità istantanea Diagramma orario e sue proprietà Moto rettilineo uniforme Accelerazione media e accelerazione istantanea Grafico velocità – tempo e sue proprietà Moto rettilineo uniformemente accelerato Accelerazione di gravità e moto verticale in caduta libera I moti nel piano Moto parabolico dei proiettili Il moto circolare uniforme Il moto armonico Interpretare il moto dei proiettili con il principio di composizione dei moti. Saper calcolare altezza massima, tempo di volo e gittata nel moto di un proiettile lanciato anche in direzione obliqua. Calcolare le grandezze caratteristiche del moto circolare uniforme Riconoscere e calcolare le grandezze significative del moto Descrizione dei moti sul piano Il primo principio della dinamica Il concetto di inerzia e la massa di un corpo. I sistemi di riferimento inerziali. Il secondo principio della dinamica. Il terzo principio della dinamica. Riconoscere i sistemi di riferimento inerziali. Applicare i principi della dinamica Riconoscere le caratteristiche del peso e della massa di un corpo. Riconoscere il baricentro come punto di applicazione della forza peso. Distinguere il peso vero dal peso apparente. Saper determinare le forze di attrito statico e di attrito dinamico. Risolvere i problemi del moto in presenza di attrito. Determinare le condizioni di La forza peso. Il baricentro di un corpo. La forza normale. Il peso apparente. Le forze di attrito statico e di attrito dinamico. Il concetto di tensione. Il concetto di equilibrio. 7 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA 3. Lavoro ed energia Analizzare qualitativamente e quantitativamente fenomeni legati alle trasformazioni di energia a partire dall’esperienza 4. Temperatura e calore 5. Stati di aggregazione della materia 6. Elementi di ottica geometrica Le condizioni di equilibrio in due dimensioni. La forza centripeta. La forza elastica. Il moto armonico di un oggetto vincolato a una molla. Il pendolo. equilibrio nelle diverse situazioni, anche in presenza di attrito. Distinguere la forza centripeta dalla forza centrifuga. Calcolare il periodo di un moto armonico e del moto del pendolo Il lavoro di una forza costante Il lavoro di una forza variabile La potenza L’energia cinetica L’energia potenziale gravitazionale. Le forze conservative e le forze dissipative. L’energia meccanica totale. Il principio di conservazione dell’energia meccanica. L’energia potenziale elastica. Calcolare il lavoro fatto da una forza costante Saper applicare il teorema dell’energia cinetica. Calcolare l’energia potenziale gravitazionale di un corpo. Determinare il lavoro svolto da forze conservative e non conservative. Riconoscere che, in presenza di forze non conservative, l’energia meccanica non si conserva. Calcolare la potenza. Calcolare il lavoro compiuto da una forza variabile. Calcolare l’energia potenziale elastica. Applicare il principio di conservazione dell’energia meccanica totale Temperatura ed equilibrio termico La dilatazione termica Calore ed energia interna Capacità termica e calore specifico I cambiamenti di stato La propagazione del calore Riconoscere ed utilizzare le diverse scale di temperatura Saper utilizzare le leggi di dilatazione Distinguere tra capacità termica di un corpo e calore specifico di una sostanza Mettere in relazione il calore e i cambiamenti di stato Calcolare l’energia necessaria per ottenere i diversi cambiamenti di stato Struttura ed energia interna della materia Stati della materia e fenomeni termici I cambiamenti di stato Il calore latente Applicare le leggi che descrivono gli scambi di calore durante i cambiamenti di stato Interpretare e realizzare grafici temperatura calore Sorgenti di luce e raggi luminosi La riflessione della luce La rifrazione La riflessione totale Gli specchi sferici Le lenti Applicare le leggi della riflessione e della rifrazione Costruire graficamente l’immagine di un oggetto prodotta da uno specchio sferico o da una lente 8 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA Applicare l’equazione dei punti coniugati degli specchi sferici e delle lenti Calcolare l’ingrandimento di un’immagine OBIETTIVI DIDATTICI MINIMI - Conoscere i principi della Dinamica - Conoscere il concetto di temperatura e le principali scale termometriche - Distinguere i concetti di calore e temperatura - Riconoscere gli stati della materia - Conoscere le leggi della riflessione e della rifrazione - Comunicare usando in modo appropriato il linguaggio scientifico in maniera essenziale CONTENUTI TEMPI DI TRATTAZIONE Prerequisiti: Il moto rettilineo * Trattazione anno scolastico 2015/16 1. Moti nel piano e moto armonico Settembre - Ottobre 2. La dinamica newtoniana Novembre 3. Lavoro ed energia Dicembre - Gennaio 4. Temperatura e calore Febbraio – Marzo 5. Stati di aggregazione della materia Aprile 6. Elementi di ottica geometrica Maggio- Giugno * le nuove indicazioni relative ai PROGRAMMI MINISTERIALI dei nuovi licei hanno comportato modifiche nella programmazione delle linee generali, di conseguenza la conoscenza e le abilità riguardante l’unità didattica del moto rettilineo, prevista al 2° anno, è stata invece acquisita lo scorso anno scolastico. 9 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA 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. OBIETTIVI DISCIPLINARI SECONDO BIENNIO Consolidare gli strumenti matematici indispensabili per formulare e risolvere problemi di fisica, tratti anche dall’esperienza quotidiana Acquisire la capacità di progettare e condurre osservazioni e misure, attraverso l’attività sperimentale, confrontando esperimenti e teorie Far acquisire agli allievi una cultura scientifica di base che permetta loro una visione critica ed organica della realtà sperimentale Sviluppare specifiche capacità di vagliare e correlare le conoscenze e le informazioni scientifiche recependole criticamente ed inquadrandole in un unico contesto Sviluppare l'abitudine al rigore espressivo Sviluppare la capacità di riesaminare criticamente i contenuti appresi 10 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA Osservare e identificare fenomeni; formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi (Competenza F1) Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione (Competenza F2) 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 (Competenza F3) Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive (Competenza F4) 3° anno ARTICOLAZIONE DELLE COMPETENZE IN ABILITÀ E CONOSCENZE Competenze di base Modulo Conoscenze Abilità Il concetto di corpo rigido. Saper applicare le relazioni tra le grandezze angolari e quelle Lo spostamento angolare e tangenziali. l’accelerazione angolare. Calcolare il momento delle forze, e Relazioni tra grandezze angolari delle coppie di forze, applicate a un e tangenziali. corpo rigido. La definizione di momento di una Interpretare il momento come forza. Formalizzare un prodotto vettoriale tra forza e Il momento di una coppia di forze. problema di fisica e Le condizioni di equilibrio di un corpo braccio. applicare gli 1. Determinare le condizioni di equilibrio rigido. strumenti matematici Cinematica e Le condizioni di equilibrio di una leva. di un corpo. e disciplinari rilevanti dinamica Il baricentro di un corpo rigido. Impostare le condizioni di equilibrio di per la sua risoluzione rotazionale una leva. La definizione di momento d’inerzia (F2) Calcolare il momento d’inerzia di un di un corpo rigido. corpo rigido. Il secondo principio della dinamica Fare esperienza e Applicare il secondo principio della per rendere ragione del dinamica a corpi in rotazione. un corpo in rotazione. significato dei vari Calcolare l’energia cinetica di L’energia cinetica rotazionale. aspetti del metodo La definizione di momento angolare. rotazione. sperimentale(F3) Determinare il momento angolare La legge di conservazione del di un corpo rigido. momento angolare. Applicare la legge di conservazione del momento angolare. Osservare e identificare fenomeni; formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi (F1) 11 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA Osservare e Il moto dei pianeti attorno al Sole. Utilizzare le leggi di Keplero nello identificare studio del moto dei corpi celesti. Le tre leggi di Keplero. fenomeni; formulare La legge di gravitazione universale. Applicare la legge di gravitazione di ipotesi esplicative Newton. La relazione tra massa e peso di un utilizzando modelli, Comprendere la distinzione tra massa corpo. analogie e leggi (F1) e peso. Il valore della costante G. Formalizzare un Analizzare il moto dei satelliti. Il moto dei satelliti problema di fisica e Calcolare la velocità di un satellite che in orbita circolare. applicare gli 2. descrive orbite circolari e quella di un Il sistema GPS. strumenti matematici La satellite che descrive orbite ellittiche. I satelliti geostazionari. e disciplinari rilevanti gravitazione Il moto dei satelliti in orbite ellittiche. Descrivere una situazione di assenza per la sua risoluzione apparente di gravità. Assenza apparente di gravità. (F2) Analizzare le caratteristiche del Il lavoro della forza gravitazionale e Fare esperienza e campo gravitazionale. l’energia potenziale gravitazionale. rendere ragione del Applicare il principio di conservazione La velocità di fuga. significato dei vari dell’energia nell’analisi di moti in aspetti del metodo campi gravitazionali. sperimentale(F3) Determinare la velocità di fuga da Comprendere e un pianeta. valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive (F4) Osservare e identificare Le caratteristiche dei fluidi. Calcolare la densità di un fluido. fenomeni; formulare La densità e la densità relativa. Calcolare la pressione nei fluidi. ipotesi esplicative Il concetto di pressione. Applicare la legge di Stevino. utilizzando modelli, Pressione e densità in un fluido Calcolare la pressione atmosferica. analogie e leggi (F1) statico. Riconoscere gli strumenti di misura Formalizzare un La legge di Stevino. della pressione atmosferica. problema di fisica e La pressione atmosferica. Applicare il principio di Pascal e il applicare gli principio di Archimede. Il principio di Pascal. strumenti matematici Analizzare le condizioni di Il principio di Archimede e il e disciplinari rilevanti 3. galleggiamento dei corpi. galleggiamento dei corpi. per la sua risoluzione I fluidi Descrivere il movimento dei fluidi, il I fluidi in movimento: il flusso (F2) flusso e le linee di flusso. stazionario. Fare esperienza e Il concetto di portata di un condotto. Applicare l’equazione di continuità. rendere ragione del Applicare l’equazione di Bernoulli. L’equazione di continuità. significato dei vari Comprendere l’effetto Venturi e le L’equazione di Bernoulli. aspetti del metodo sue conseguenze. L’effetto Venturi. sperimentale(F3) Calcolare la velocità di efflusso. Il teorema di Torricelli. Comprendere e Analizzare il flusso viscoso. Il concetto di flusso viscoso e il valutare le scelte Interpretare il coefficiente di viscosità coefficiente di viscosità. scientifiche e di un fluido. Il moto dei fluidi in regime laminare e tecnologiche che in regime turbolento. interessano la società in cui vive (F4) Osservare e identificare La temperatura e i termometri. Riconoscere e utilizzare le diverse fenomeni; formulare 4. scale di temperatura. Le scale di temperatura. ipotesi esplicative Termometria La dilatazione termica lineare e Calcolare le dilatazioni lineari e utilizzando modelli, e volumiche di solidi e liquidi volumica dei corpi. analogie e leggi (F1) calorimetria Calore ed energia interna. Distinguere tra capacità termica di un Formalizzare un corpo e calore specifico di una Le unità di misura del calore. problema di fisica e 12 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA Capacità termica e calore specifico di sostanza. una sostanza. Applicare l’equazione fondamentale L’equivalente meccanico della caloria. della calorimetria. Utilizzare il calorimetro per il calcolo Il calorimetro. dei calori specifici delle sostanze. I cambiamenti di stato. L’equilibrio tra stati di aggregazione. Mettere in relazione il calore e i cambiamenti di stato. Curva di vaporizzazione e curva Interpretare il concetto di calore di fusione. latente. La conduzione, la convezione e Calcolare l’energia necessaria per l’irraggiamento. ottenere i diversi cambiamenti di La legge di Stefan-Boltzmann. stato. Mettere in relazione alcuni fenomeni naturali con le conoscenze relative ai cambiamenti di stato. Distinguere i diversi meccanismi di trasmissione del calore. Applicare la legge di StefanBoltzmann. applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione (F2) Fare esperienza e rendere ragione del significato dei vari aspetti del metodo sperimentale(F3) Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive (F4) Osservare e identificare fenomeni; formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi (F1) Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione (F2) Fare esperienza e rendere ragione del significato dei vari aspetti del metodo sperimentale(F3) Osservare e identificare fenomeni; formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi (F1) L’unità di massa atomica e la massa molecolare. La mole. Il numero di moli. Il numero di Avogadro. La massa per mole e la massa di una particella. 5. Il gas perfetto e la temperatura Le leggi dei assoluta. gas ideali L’equazione di stato di un gas e la teoria perfetto. cinetica La costante di Boltzmann. Gas reali e gas perfetti. La legge di Boyle. Le leggi di Gay-Lussac. La distribuzione delle velocità molecolari. La teoria cinetica dei gas. La velocità quadratica media. Il teorema di equipartizione dell’energia. L’energia interna di un gas perfetto monoatomico. La diffusione. Il cammino libero medio. 6. La termodinamica Calcolare i valori di mole, massa molecolare di una sostanza e massa di una particella. Il numero di Avogadro. Saper utilizzare l’equazione di stato dei gas. Applicare la legge di Boyle e le leggi di Gay-Lussac. Interpretare la pressione esercitata da un gas in funzione degli urti tra le molecole del gas e le pareti del contenitore. Mettere in relazione la temperatura assoluta e l’energia cinetica media delle molecole di un gas. Calcolare la velocità quadratica media delle molecole e analizzare la distribuzione delle velocità. Applicare il teorema di equipartizione dell’energia. Calcolare l’energia interna di un gas perfetto monoatomico. Interpretare il fenomeno della diffusione. Calcolare il cammino libero medio. Concetto di sistema termodinamico. Applicare il primo principio della termodinamica alle trasformazioni Stato di un sistema. quasi-statiche. L’equilibrio termico. Il principio zero della termodinamica. Calcolare il lavoro svolto nelle trasformazioni termodinamiche. Il primo principio della Distinguere tra i calori specifici, a termodinamica e il suo significato. pressione e a volume costante, di un I segni convenzionali di Q e L. gas e saperli calcolare. L’energia interna. 13 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA Le trasformazioni termodinamiche. Calcolare il rendimento di una macchina termica. Il lavoro termodinamico. Riconoscere l’equivalenza dei diversi Il lavoro compiuto nelle trasformazioni isoterme, adiabatiche, enunciati del secondo principio. isobare e isocore di un gas perfetto. Calcolare il coefficiente di prestazione di macchine frigorifere, condizionatori I calori specifici di un gas perfetto. e pompe di calore. Il concetto di macchina termica. Calcolare la variazione di entropia Il rendimento di una macchina nelle trasformazioni termodinamiche. termica. Il secondo principio della termodinamica. Enunciati di Kelvin e di Clausius del secondo principio. Le trasformazioni reversibili. Il teorema di Carnot. La macchina di Carnot e il suo rendimento. Il principio di funzionamento e il coefficiente di prestazione di frigoriferi, condizionatori e pompe di calore. L’entropia di un sistema termodinamico. Il secondo principio della termodinamica in termini di entropia. L’energia non utilizzabile. Entropia e disordine. Il terzo principio della termodinamica. Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione (F2) Fare esperienza e rendere ragione del significato dei vari aspetti del metodo sperimentale(F3) Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive (F4) CONTENUTI TEMPI DI TRATTAZIONE 1. Cinematica e dinamica rotazionale Settembre - Ottobre 2. La gravitazione Novembre - Dicembre 3. I fluidi Dicembre - Gennaio 4. Termometria e calorimetria Febbraio 5. Le leggi dei gas ideali e la teoria cinetica Marzo -Aprile 6. La termodinamica Maggio- Giugno OBIETTIVI MINIMI Conoscere la definizione di momento angolare e la relativa legge di conservazione Conoscere il significato della legge di gravitazione universale Distinguere tra massa inerziale e massa gravitazionale Calcolare l’energia potenziale della forza peso Conoscere e saper applicare le leggi fondamentali della meccanica dei fluidi in semplici situazioni Conoscere la definizione di calore, distinguere tra calore e temperatura Conoscere la definizione di capacità termica e di calore specifico 14 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA Conoscere le leggi che descrivono il comportamento dei gas perfetti e saperle applicare a semplici problemi, conoscere i diversi modi di propagazione del calore Conoscere gli stati di aggregazione della materia ed i relativi passaggi di stato Conoscere i principi della termodinamica e saper descrivere il funzionamento di una macchina termica semplice Comunicare usando in modo appropriato il linguaggio scientifico in maniera essenziale 4° anno ARTICOLAZIONE DELLE COMPETENZE IN ABILITÀ E CONOSCENZE Competenze di base Osservare e identificare fenomeni; formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi (F1) Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione (F2) Fare esperienza e rendere ragione del significato dei vari aspetti del metodo sperimentale(F3) Osservare e identificare fenomeni; formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi (F1) Formalizzare un Modulo Conoscenze Abilità L’unità di massa atomica e la massa Calcolare i valori di mole, massa molecolare. molecolare di una sostanza e massa di una particella. La mole. Il numero di Avogadro. Il numero di moli. Saper utilizzare l’equazione di Il numero di Avogadro. stato dei gas. La massa per mole e la massa di una Applicare la legge di Boyle e le particella. Il gas perfetto e la temperatura assoluta. leggi di Gay-Lussac. L’equazione di stato di un gas perfetto. Interpretare la pressione esercitata da un gas in funzione La costante di Boltzmann. degli urti tra le molecole del gas e Gas reali e gas perfetti. 1. le pareti del contenitore. La legge di Boyle. Le leggi dei Mettere in relazione la Le leggi di Gay-Lussac. gas ideali La distribuzione delle velocità molecolari. temperatura assoluta e l’energia e la teoria cinetica media delle molecole di La teoria cinetica dei gas. cinetica un gas. La velocità quadratica media. Il teorema di equipartizione dell’energia. Calcolare la velocità quadratica media delle molecole e analizzare L’energia interna di un gas perfetto la distribuzione delle velocità. monoatomico. Applicare il teorema di La diffusione. equipartizione dell’energia. Il cammino libero medio. Calcolare l’energia interna di un gas perfetto monoatomico. Interpretare il fenomeno della diffusione. Calcolare il cammino libero medio. Concetto di sistema termodinamico. Applicare il primo principio della termodinamica alle trasformazioni Stato di un sistema. quasi-statiche. L’equilibrio termico. Calcolare il lavoro svolto nelle Il principio zero della termodinamica. Il primo principio della termodinamica e il trasformazioni termodinamiche. Distinguere tra i calori specifici, a suo significato. 15 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione (F2) Fare esperienza e rendere ragione del significato dei vari aspetti del metodo sperimentale(F3) Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive (F4) Osservare e identificare fenomeni; formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi (F1) Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione (F2) Fare esperienza e rendere ragione del significato dei vari aspetti del metodo sperimentale(F3) Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive (F4) Osservare e identificare fenomeni; formulare 2. La termodinamica 3. Le onde e il suono pressione e a volume costante, di I segni convenzionali di Q e L. un gas e saperli calcolare. L’energia interna. Calcolare il rendimento di una Le trasformazioni termodinamiche. macchina termica. Il lavoro termodinamico. Riconoscere l’equivalenza dei Il lavoro compiuto nelle trasformazioni diversi enunciati isoterme, adiabatiche, isobare e isocore del secondo principio. di un gas perfetto. Calcolare il coefficiente di I calori specifici di un gas perfetto. prestazione Il concetto di macchina termica. di macchine frigorifere, Il rendimento di una macchina termica. Il secondo principio della termodinamica. condizionatori e pompe di calore. Calcolare la variazione di entropia Enunciati di Kelvin e di Clausius del nelle trasformazioni secondo principio. termodinamiche. Le trasformazioni reversibili. Il teorema di Carnot. La macchina di Carnot e il suo rendimento. Il principio di funzionamento e il coefficiente di prestazione di frigoriferi, condizionatori e pompe di calore. L’entropia di un sistema termodinamico. Il secondo principio della termodinamica in termini di entropia. L’energia non utilizzabile. Entropia e disordine. Il terzo principio della termodinamica. La natura delle onde. Le onde periodiche: lunghezza d’onda, periodo, frequenza e velocità di propagazione. Velocità di un’onda trasversale su corda. La descrizione matematica di un’onda. Generazione e propagazione delle onde sonore. Suoni puri e suoni complessi. Le caratteristiche del suono: altezza e timbro, ampiezza, intensità, livello di intensità sonora. L’effetto Doppler. Il principio di sovrapposizione. L’interferenza delle onde sonore: interferenza costruttiva e distruttiva. La diffrazione. I battimenti. Le onde stazionarie. La serie armonica. Le frequenze della serie armonica per una corda. Distinguere tra onde longitudinali e trasversali. Determinare lunghezza d’onda, periodo, frequenza e velocità di propagazione di un’onda. Utilizzare l’equazione matematica di un’onda periodica. Calcolare velocità e frequenza del suono nelle applicazioni dell’effetto Doppler. Applicare il principio di sovrapposizione. Applicare le condizioni di interferenza costruttiva e distruttiva. Calcolare la frequenza di battimento. Calcolare la frequenza dei modi fondamentali e delle armoniche nelle onde stazionarie. Il fronte d’onda e i raggi luminosi. La riflessione della luce e le sue leggi. Applicare le leggi della riflessione nella formazione delle immagini. 16 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi (F1) Formalizzare un 4. problema di fisica e La riflessione applicare gli della luce: strumenti matematici gli specchi e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione (F2) Fare esperienza e rendere ragione del significato dei vari aspetti del metodo sperimentale(F3) Gli specchi piani: immagine reale e virtuale. Gli specchi sferici concavi e convessi. Asse ottico e raggi parassiali. Raggio di curvatura di uno specchio sferico. Il fuoco di uno specchio concavo e convesso. L’aberrazione sferica. Il diagramma dei raggi per la costruzione delle immagini. L’equazione dei punti coniugati per gli specchi sferici. L’ingrandimento. Le convenzioni dei segni delle variabili nell’equazione dei punti coniugati e dell’ingrandimento. Distinguere i diversi tipi di specchi e conoscerne le caratteristiche. Distinguere le immagini reali da quelle virtuali. Individuare la posizione del fuoco di uno specchio concavo e di uno specchio convesso. Determinare graficamente l’immagine prodotta da uno specchio. Applicare correttamente l’equazione dei punti coniugati. Calcolare l’ingrandimento prodotto da uno specchio. Osservare e identificare fenomeni; formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi (F1) Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione (F2) Fare esperienza e rendere ragione del significato dei vari aspetti del metodo sperimentale(F3) Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive (F4) L’indice di rifrazione. La legge della rifrazione. Il fenomeno della riflessione totale e l’angolo limite. La dispersione della luce. Il prisma e la dispersione della luce. I diversi tipi di lenti: convergenti e divergenti. Il diagramma dei raggi per le lenti. La costruzione delle immagini prodotte dalle lenti. 5. L’equazione delle lenti sottili. Ottica L’ingrandimento lineare. geometrica. L’occhio e la visione. Le lenti e gli Il potere diottrico di una lente. strumenti Il microscopio e il telescopio. ottici L’ingrandimento angolare delle lenti e degli strumenti ottici. L’aberrazione sferica e l’aberrazione cromatica nelle lenti. Calcolare l’indice di rifrazione di un mezzo. Applicare la legge di Snell. Calcolare l’angolo limite nella riflessione totale. Distinguere i vari tipi di lente e le loro proprietà. Applicare l’equazione delle lenti sottili. Calcolare l’ingrandimento lineare prodotto dalle lenti. Comprendere il meccanismo della visione e i difetti della vista. Calcolare il potere diottrico di una lente. Calcolare l’ingrandimento angolare di una lente e degli strumenti ottici. Comprendere le caratteristiche di uno strumento ottico. Distinguere i vari tipi di aberrazione. Osservare e identificare fenomeni; formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi (F1) Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione (F2) Il principio di sovrapposizione e l’interferenza della luce. Interferenza costruttiva e interferenza distruttiva. 6. Sorgenti coerenti. La natura L’esperimento di Young. ondulatoria Le condizioni di interferenza. della luce La diffrazione della luce e il principio di Huygens. La figura di diffrazione. Il potere risolvente di un dispositivo ottico. Il criterio di Rayleigh. Utilizzare le condizioni di interferenza per calcolare la lunghezza d’onda della luce. Riconoscere le zone di interferenza costruttiva e distruttiva. Applicare le condizioni di interferenza a onde luminose riflesse da lamine sottili. Saper applicare le condizioni di diffrazione da una fenditura singola. Calcolare le posizioni dei massimi 17 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA Il reticolo di diffrazione. Reticoli a riflessione. Osservare e identificare fenomeni; formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi (F1) 7. La carica elettrica e la legge di Coulomb Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione (F2) Fare esperienza e rendere ragione del significato dei vari aspetti del metodo sperimentale(F3) Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive (F4) 8. Il campo elettrico principali formati da un reticolo di diffrazione. L’origine dell’elettricità. La carica elementare. La quantizzazione della carica. La conservazione della carica elettrica. I materiali conduttori e gli isolanti. I metodi di elettrizzazione. La polarizzazione. La forza tra cariche puntiformi. La legge di Coulomb. La costante dielettrica del vuoto. Il principio di sovrapposizione. Interpretare l’origine dell’elettricità a livello microscopico. Saper distinguere i metodi di elettrizzazione. Saper mettere a confronto elettrizzazione e polarizzazione. Realizzare il parallelo con la legge di gravitazione universale. Determinare la forza che agisce tra corpi carichi, applicando la legge di Coulomb e il principio di sovrapposizione. Il concetto di campo elettrico e la sua definizione. La sovrapposizione di campi elettrici. Il campo elettrico generato da una carica puntiforme. Il condensatore piano. Il campo elettrico all’interno di un condensatore piano. Le linee di forza del campo elettrico. Il campo elettrico all’interno di un conduttore. Il flusso del campo elettrico. Il teorema di Gauss. Lavoro ed energia potenziale elettrica. Conservatività della forza elettrica. Energia potenziale elettrica Il potenziale elettrico e la sua unità di misura. La differenza di potenziale elettrico. L’elettronvolt. Il potenziale elettrico di un sistema di cariche. Le superfici equipotenziali. Il lavoro su una superficie equipotenziale. Il legame tra potenziale e campo elettrico. La circuitazione di un campo vettoriale e di un campo elettrico. I condensatori e la loro capacità. Carica sulle armature di un condensatore. Capacità di un condensatore a facce piane e parallele. L’energia immagazzinata nei condensatori. La densità di energia. Definire il campo elettrico, applicando anche il principio di sovrapposizione. Rappresentare e interpretare un campo elettrico attraverso le linee di forza. Utilizzare il teorema di Gauss per calcolare il campo elettrico in alcune situazioni. Confrontare l’energia potenziale elettrica e meccanica. Calcolare il potenziale elettrico determinato da una o più cariche. Individuare il movimento delle cariche in funzione del valore del potenziale. Applicare al campo elettrico il significato della circuitazione di un campo vettoriale. Calcolare la capacità di un condensatore a facce piane e parallele. Calcolare l’energia immagazzinata in un condensatore. 18 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA CONTENUTI TEMPI DI TRATTAZIONE 1. Le leggi dei gas e la teoria cinetica dei gas Settembre -Ottobre 2. La termodinamica Novembre - Dicembre 3. Le onde e il suono Dicembre - Gennaio 4. La riflessione della luce e gli specchi Gennaio - Febbraio 5. La rifrazione della luce e le lenti Febbraio 6. La natura ondulatoria della luce Marzo 7. La carica elettrica e la legge di Coulomb Aprile 8. Il campo elettrico Maggio - Giugno N.B. Tenuto conto che la nuova programmazione, insieme al libro di testo, non è ancora a regime e che la si adatta, di volta in volta, alla classe con cui ci si confronta, la distribuzione degli argomenti risulta essere flessibile e potrà essere modificata dai singoli docenti anche durante il corso dell’anno scolastico. OBIETTIVI MINIMI Conoscere la definizione di calore, distinguere tra calore e temperatura Conoscere la definizione di capacità termica e di calore specifico Conoscere le leggi che descrivono il comportamento dei gas perfetti e saperle applicare a semplici problemi Conoscere i diversi modi di propagazione del calore Conoscere gli stati di aggregazione della materia ed i relativi passaggi di stato Conoscere i principi della termodinamica e saper descrivere il funzionamento di una macchina termica semplice Conoscere le caratteristiche dei fenomeni ondulatori e saperli descrivere nei loro aspetti fondamentali Conoscere la natura ondulatoria delle onde sonore e le loro principali caratteristiche Conoscere la natura ondulatoria della luce e i concetti fondamentali di ottica geometrica Conoscere le leggi fondamentali dell’elettrostatica, la descrizione del campo elettrico, e saperla applicare a semplici distribuzioni di cariche Comunicare usando in modo appropriato il linguaggio scientifico in maniera essenziale 19 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA Lo studente completerà lo studio dell’elettromagnetismo. Affronterà nelle linee generali e utilizzando un formalismo matematico accessibile agli studenti: Lo studio delle onde elettromagnetiche Le teorie sviluppate nel XX secolo relative al microcosmo e al macrocosmo Lo studio della teoria della relatività ristretta di Einstein I fenomeni nucleari (radioattività, fissione, fusione) La fisica quantistica La dimensione sperimentale potrà essere ulteriormente approfondita con attività da svolgersi non solo nel laboratorio didattico della scuola, ma anche presso laboratori di Università ed enti di ricerca, aderendo anche a progetti di orientamento. OBIETTIVI DISCIPLINARI QUINTO ANNO Consolidare gli strumenti matematici indispensabili per formulare e risolvere problemi di fisica, tratti anche dall’esperienza quotidiana Affrontare lo studio delle teorie sviluppate nel XX secolo relative al macrocosmo e al microcosmo, accostando le problematiche che hanno portato ai nuovi concetti di spazio e tempo, massa ed energia Approfondire le conoscenze sui rapporti tra scienza e tecnologia Sviluppare specifiche capacità di vagliare e correlare le conoscenze e le informazioni scientifiche recependole criticamente ed inquadrandole in un unico contesto Sviluppare la capacità di riesaminare criticamente i contenuti appresi 20 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA Alla fine del percorso liceale dovrà aver appreso i concetti fondamentali della fisica, acquisendo le seguenti competenze: Saper osservare la realtà e i fenomeni fisici complessi, saper modellizzare un fenomeno fisico (competenza F1) Affrontare e risolvere problemi di fisica usando gli strumenti matematici adeguati al percorso didattico (competenza F2) Avere consapevolezza dei vari aspetti del metodo sperimentale, dove l’esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, analisi critica dei dati e dell'affidabilità di un processo di misura, costruzione e/o validazione di modelli (competenza F3) Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive (Competenza F4) Inquadrare in medesimo schema logico situazioni diverse riconoscendo analogie o differenze, proprietà varianti ed invarianti (competenza F5) Saper mostrare i limiti del paradigma classico di spiegazione dei fenomeni e saper argomentare la necessità di una visione relativistica o di una visione quantistica (competenza F6) Saper riconoscere il ruolo della relatività nelle applicazioni tecnologiche. Saper riconoscere il ruolo della fisica moderna nello sviluppo della tecnologia (competenza F7) 5° anno ARTICOLAZIONE DELLE COMPETENZE IN ABILITÀ E CONOSCENZE COMPETENZE DI BASE Saper osservare la realtà e i fenomeni fisici complessi, saper modellizzare un fenomeno fisico (F1) Modulo 1. Energia potenziale elettrica e potenziale elettrico Conoscenze Abilità Lavoro ed energia potenziale elettrica. Conservatività della forza elettrica. Energia potenziale di due cariche puntiformi e di un sistema di cariche. Il potenziale elettrico e la sua unità di misura. La differenza di potenziale elettrico. L’elettronvolt. La differenza di potenziale creata da cariche puntiformi. Il potenziale elettrico di un sistema di cariche. Confrontare l’energia potenziale elettrica e meccanica. Calcolare il potenziale elettrico determinato da una o più cariche. Individuare il movimento delle cariche in funzione del valore del potenziale. Applicare al campo elettrico il significato della circuitazione di un campo vettoriale. Conoscere il ruolo della materia nel determinare la forza di Coulomb. Calcolare la capacità di un condensatore a facce piane e 21 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA Analizzare un fenomeno o un problema riuscendo ad individuare gli elementi significativi, le relazioni, i dati superflui, quelli mancanti, riuscendo a collegare premesse e conseguenze(F4) Saper osservare la realtà e i fenomeni fisici complessi, saper modellizzare un fenomeno fisico (F1) Affrontare e risolvere problemi di fisica usando gli strumenti matematici adeguati al percorso didattico (F2) Avere consapevolezza dei vari aspetti del metodo sperimentale(F3) 2. Circuiti elettrici Le superfici equipotenziali. Il lavoro su una superficie equipotenziale. Il legame tra potenziale e campo elettrico. La circuitazione di un campo vettoriale e di un campo elettrico. I condensatori e la loro capacità. Carica sulle armature di un condensatore. La costante dielettrica relativa e la forza di Coulomb nella materia. Capacità di un condensatore a facce piane e parallele. L’energia immagazzinata nei condensatori. L’esperimento di Thomson. La densità di energia. parallele. Calcolare l’energia immagazzinata in un condensatore. Descrivere l’esperimento di Thomson per la misura del rapporto e/m dell’elettrone. I generatori di tensione. La forza elettromotrice e la corrente elettrica. L’ampere. Il circuito elettrico. Corrente continua e alternata La prima legge di Ohm. La resistenza elettrica e l’ohm. Seconda legge di Ohm e resistività. Dipendenza della resistività e della resistenza dalla temperatura. La potenza elettrica. La potenza dissipata su un resistore. Connessioni in serie e in parallelo. La resistenza equivalente per resistenze connesse in serie e in parallelo. La resistenza interna e la tensione effettiva. Le leggi di Kirchhoff. Strumenti di misura di corrente e differenza di potenziale. La capacità equivalente di condensatori connessi in serie e in parallelo. I circuiti RC. Carica e scarica di un condensatore. Sostanze elettrolitiche ed elettrolisi. Le leggi di Faraday. Effetti fisiologici della corrente elettrica e sicurezza. Distinguere tra verso reale e verso convenzionale della corrente. Applicare le due leggi di Ohm nella risoluzione dei circuiti elettrici. Calcolare la potenza dissipata su un resistore. Distinguere le connessioni dei conduttori in serie da quelle in parallelo. Calcolare la resistenza equivalente di resistori connessi in serie e in parallelo. Applicare le leggi dei nodi e delle maglie nella risoluzione dei circuiti. Riconoscere le caratteristiche degli strumenti di misura. Calcolare la capacità equivalente di condensatori connessi in serie e in parallelo. Descrivere il processo di carica e scarica di un condensatore. Applicare le leggi di Faraday per calcolare la massa liberata in un processo elettrolitico. Saper valutare gli effetti fisiologici del passaggio di corrente nel corpo umano. 22 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA Saper osservare la realtà e i fenomeni fisici complessi, saper modellizzare un fenomeno fisico (F1) Affrontare e risolvere problemi di fisica usando gli strumenti matematici adeguati al percorso didattico (F2) 3. Interazioni magnetiche e campi magnetici Avere consapevolezza dei vari aspetti del metodo sperimentale(F3) Saper osservare la realtà e i fenomeni fisici complessi, saper modellizzare un fenomeno fisico (F1) Affrontare e risolvere problemi di fisica usando gli 4. Induzione elettromagnetica I magneti. Caratteristiche del campo magnetico. Il campo magnetico terrestre. La forza di Lorentz. La regola della mano destra. La definizione operativa di campo magnetico. Il moto di una carica in un campo elettrico e in un campo magnetico. Il selettore di velocità. Lo spettrometro di massa. La forza magnetica su un filo percorso da corrente. Il momento torcente su una spira percorsa da corrente. Il motore elettrico. Il campo magnetico generato da un filo percorso da corrente. La seconda regola della mano destra. La legge di Biot-Savart. Forze magnetiche tra fili percorsi da corrente. Le definizioni operative di ampere e coulomb. Il campo magnetico generato da una spira percorsa da corrente. Il solenoide. La risonanza magnetica. Il tubo a raggi catodici. Il flusso del campo magnetico. Il teorema di Gauss. La circuitazione del campo magnetico. Il teorema di Ampère. I materiali magnetici. La temperatura di Curie. Saper mettere a confronto campo magnetico e campo elettrico. Rappresentare le linee di forza del campo magnetico. Determinare intensità, direzione e verso della forza di Lorentz. Descrivere il moto di una particella carica all’interno di un campo magnetico. Calcolare la forza magnetica su un filo percorso da corrente, tra fili percorsi da corrente e il momento torcente su una spira percorsa da corrente. Descrivere il funzionamento di un motore elettrico. Determinare tutte le caratteristiche del campo vettoriale generato da fili, spire e solenoidi percorsi da corrente. Calcolare la circuitazione di un campo magnetico con il teorema di Ampère. Interpretare a livello microscopico le differenze tra i diversi materiali magnetici. La forza elettromagnetica indotta e le correnti indotte. La forza elettromagnetica indotta in un conduttore in moto. La legge di Faraday-Neumann. La legge di Lenz. Le correnti parassite. La mutua induzione e l’autoinduzione. L’induttanza. L’energia immagazzinata in un solenoide. Densità di energia del campo magnetico. Ricavare la legge di FaradayNeumann. Interpretare la legge di Lenz in funzione del principio di conservazione dell’energia. Calcolare l’induttanza di un solenoide e l’energia in esso immagazzinata. Calcolare i valori delle grandezze elettriche efficaci. Risolvere circuiti semplici in corrente alternata. Calcolare lo sfasamento tra corrente e tensione. 23 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA strumenti matematici adeguati al percorso didattico (F2) Avere consapevolezza dei vari aspetti del metodo sperimentale(F3) Inquadrare in medesimo schema logico situazioni diverse riconoscendo analogie o differenze, proprietà varianti ed invarianti (F5) Inquadrare in medesimo schema logico situazioni diverse riconoscendo analogie o differenze, proprietà varianti ed invarianti (F5) Saper mostrare i limiti del paradigma classico di spiegazione dei fenomeni e saper argomentare la necessità di una visione relativistica(F6) Saper riconoscere il ruolo della relatività nelle applicazioni tecnologiche (F7) Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la 5. Le equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche 6. La relatività ristretta L’alternatore. La corrente alternata. Valori efficaci in corrente alternata. I circuiti, resistivo, capacitivo e induttivo, in corrente alternata. La reattanza capacitiva e induttiva. Lo sfasamento tra corrente e tensione in un condensatore e in un induttore. I circuiti RLC in corrente alternata. L’impedenza. La risonanza nei circuiti elettrici. Il trasformatore. Rapporto tra le correnti nel circuito primario e in quello secondario. Analizzare e risolvere i circuiti RLC in corrente alternata. Confrontare risonanza meccanica e risonanza elettrica. Il campo elettrico indotto. La corrente di spostamento. Le equazioni di Maxwell del campo elettromagnetico. Generazione, propagazione e ricezione delle onde elettromagnetiche. Lo spettro elettromagnetico. L’energia trasportata da un’onda elettromagnetica. Relazione tra campo elettrico e campo magnetico. Lo spettro elettromagnetico Collegare il campo elettrico indotto e il campo magnetico variabile. Descrivere i meccanismi di generazione, propagazione e ricezione delle onde elettromagnetiche. Distinguere le varie parti dello spettro elettromagnetico. La luce e la legge di composizione delle velocità L'esperimento di MichelsonMorley I postulati: il principio di relatività e il principio dell'invarianza di c Le trasformazioni di Lorentz Simultaneità tra eventi Dilatazione temporale e contrazione delle lunghezze La quantità di moto relativistica L'equivalenza massa-energia La velocità "limite" La composizione relativistica delle velocità Saper applicare l'equazione per la dilatazione dei tempi Saper distinguere tra lunghezza propria e lunghezza contratta Mettere a confronto quantità di moto relativistiche e nonrelativistiche Comprendere e saper applicare la relazione di equivalenza tra massa e energia Applicare la formula per la composizione relativistica delle velocità Il dualismo onda-corpuscolo. Il corpo nero e le caratteristiche della radiazione di corpo nero. L’ipotesi di quantizzazione di Planck. L’ipotesi del fotone e la sua Analizzare le caratteristiche della radiazione di corpo nero. Calcolare l’energia dei fotoni. Descrivere l’effetto fotoelettrico secondo Einstein. Calcolare la variazione della 24 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA società in cui vive (F4) Saper mostrare i limiti del paradigma classico di spiegazione dei fenomeni e saper argomentare la necessità di una visione quantistica(F6) Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive (F4) 7. Le origini della fisica quantistica 8. Fisica nucleare e radioattività (*) Saper riconoscere il ruolo della fisica moderna nello sviluppo della tecnologia (F7) 9. Radiazioni ionizzanti (*) energia. L’effetto fotoelettrico e il lavoro di estrazione. La conservazione dell’energia e l’effetto fotoelettrico. La quantità di moto di un fotone e l’effetto Compton. La dualità onda-corpuscolo. La spettroscopia come metodo di indagine La lunghezza d’onda di de Broglie e la natura ondulatoria della luce. Il principio di indeterminazione di Heisenberg. lunghezza d’onda nell’effetto Compton. Descrivere la dualità ondacorpuscolo. Calcolare la lunghezza d’onda di de Broglie associata a una particella. Applicare il principio di indeterminazione di Heisenberg. La struttura del nucleo: numero atomico e numero di massa. Gli isotopi. Le dimensioni del nucleo. L’interazione nucleare forte. L’energia di legame. Il difetto di massa. L’unità di massa atomica. La radioattività: i decadimenti , e . Il neutrino. Il decadimento radioattivo e l’attività. La legge del decadimento radioattivo. Le datazioni radiometriche. Le famiglie radioattive. Distinguere tra numero di massa e numero atomico. Spiegare le caratteristiche degli isotopi. Interpretare la forza nucleare in termini di stabilità dei nuclei. Saper calcolare le masse nucleari in unità di massa atomica. Applicare la legge del decadimento radioattivo per il calcolo delle diverse grandezze che in essa compaiono. Interpretare le famiglie radioattive in termini di sequenze di decadimenti. Le radiazioni ionizzanti L'esposizione e unità di misura La dose assorbita e le sue unità di misura L'effetto biologico delle radiazioni: fattore di qualità ed equivalente di dose Le reazioni nucleari indotte Gli isotopi dell'uranio La fissione nucleare I reattori nucleari La fusione nucleare Le particelle elementari e loro classificazione Il modello standard Distinguere le reazioni nucleari spontanee e le reazioni nucleari indotte Distinguere e classificare le particelle elementari N.B. Gli argomenti con asterisco (*) non sono compresi tra i “contenuti irrinunciabili” secondo le indicazioni ministeriali, pertanto si può scegliere di affrontarli o sostituirli con altri argomenti di fisica moderna, a scelta del docente. 25 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA CONTENUTI TEMPI DI TRATTAZIONE 1. Energia potenziale elettrica e potenziale elettrico Settembre - Ottobre 2. I circuiti elettrici Ottobre 3. Il campo magnetico e interazioni magnetiche Novembre 4. L’induzione elettromagnetica Dicembre - Gennaio 5. Le equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche Gennaio 6. La relatività ristretta Febbraio 7. Le origini della fisica quantistica Marzo - Aprile 8. Fisica nucleare Aprile - Maggio 9. Radiazioni ionizzanti Maggio- Giugno OBIETTIVI MINIMI Conoscere le leggi fondamentali dell’elettrostatica e della magnetostatica, la descrizione dei campi elettrico e magnetico, e saperle applicare a semplici distribuzioni di cariche e di correnti elettriche stazionarie Conoscere e saper interpretare il legame tra elettricità e magnetismo e riuscire ad inquadrare in tale contesto le leggi principali dell’induzione elettromagnetica Saper descrivere la luce, qualitativamente, come fenomeno elettromagnetico, conoscerne la duplice natura, corpuscolare ed ondulatoria e riuscire a dedurne alcune fondamentali conseguenze Conoscere i principi della relatività e comprendere i concetti di relatività del tempo, della lunghezza e della massa Conoscere e comprendere le origini della fisica quantistica Conoscere e saper applicare le leggi del decadimento radioattivo Comunicare usando in modo appropriato il linguaggio scientifico in maniera essenziale 26 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA Indicazioni metodologiche generali Sul piano della metodologia sono fondamentali tre momenti interdipendenti: elaborazione teorica che a partire dalla formulazione di alcune ipotesi e principi deve gradualmente portare l’allievo a comprendere interpretare e unificare un’ampia classe di fatti sperimentali e avanzare possibili revisioni, favorendo negli alunni lo sviluppo delle capacità di sintesi e di valutazione realizzazione di esperimenti che vedano gli alunni sempre attivamente impegnati sia nel seguire le esperienze realizzate dal docente, sia nel realizzarle direttamente, sia nel saper relazionare sull’attività di laboratorio applicazione dei contenuti acquisiti attraverso esercizi e problemi, che non devono essere intesi come un’automatica applicazione di formule, ma come un’analisi critica del particolare fenomeno studiato, e considerati come strumenti idonei ad educare gli allievi a giustificare logicamente le varie fasi del processo di risoluzione. L’attività di laboratorio, che è da ritenersi fondamentale e non sostituibile per l’educazione al “saper fare”, è principalmente diretta agli allievi e inserita nella trattazione dei temi affrontati di volta in volta. Anche l’utilizzazione di strumenti di elaborazione (Word ed Excel o programmi di simulazione) può essere inserita in momenti opportuni nell’attività didattica. Si potranno usare le seguenti modalità di lavoro: - Lezione frontale - Lezione interattiva - Lezione multimediale (mediante LIM, mediante supporti audio-video) - Cooperative learning - Attività di laboratorio ed esercitazioni pratiche 27 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA Mezzi - Strumenti – Attrezzature - Luoghi Mezzi, strumenti ed attrezzature - Libri di testo, sia in forma cartacea che digitale; altri libri - Dispense, schemi e appunti forniti dal docente o, se reperiti dagli alunni, validati dal docente - Supporti informatici-multimediali - Attrezzature del laboratorio di Fisica; altre attrezzature scientifiche Libri di testo adottati: A.Caforio – A. Ferilli FISICA! Pensare l’Universo Ed. Lab A.Caforio – A. Ferilli FISICA! Pensare l’Universo Ed. Lab John D. Cutnell – Kenneth W. Johnson Onde e Termologia A.Caforio – A. Ferilli FISICA! Pensare l’Universo Ed. Lab A.Caforio – A. Ferilli FISICA! Pensare l’Universo Ed. Lab LE MONNIER SCUOLA LE MONNIER SCUOLA Ed. ZANICHELLI LE MONNIER SCUOLA LE MONNIER SCUOLA VOL. 1 VOL. 2 VOL. 4 VOL. 5 Luoghi - Aula didattica - Laboratorio di Fisica - Laboratorio di Informatica ATTIVITÀ di SOSTEGNO e RECUPERO, COMPLEMENTARI ed INTEGRATIVE. - Pausa didattica - Ripetizione degli argomenti svolti; esercitazioni supplementari in aula - Attività di recupero pomeridiane assistite dal docente - Attività di studio / esercizi di gruppo (collaborative learning tra gli alunni) ATTIVITA’ E PROGETTI Visita guidate a presidi scientifici Visita guidate musei scientifici Olimpiadi di Fisica 28 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA Metodi di verifica e criteri di valutazione Le verifiche saranno effettuate attraverso vari strumenti: - verifiche orali (che possono essere costituite anche da domande informali durante le lezioni per valutazioni in itinere) - verifiche scritte (che potranno essere articolate sia sotto forma di problemi ed esercizi di tipo tradizionale, sia sotto forma di test o prove strutturate e/o semistrutturate) - lavori individuali e di gruppo in termini di produzione di relazioni e ricerche - prove specifiche per le varie discipline (prove grafiche, prove di laboratorio e altro). Le verifiche saranno effettuate in itinere per la valutazione intermedia, e sommative per la valutazione del raggiungimento degli obiettivi disciplinari. Ai fini della valutazione, si osserverà la capacità dell’allievo di: conoscere e applicare i contenuti acquisiti riferire con un linguaggio corretto le teorie partecipare in modo costruttivo e critico alle lezioni analizzare e sintetizzare un quesito prospettare soluzioni, verificarle e formalizzarle. Inoltre, nella valutazione complessiva si terrà conto degli interventi da posto, la puntualità nello svolgere il lavoro a casa e il rispetto delle scadenze. I requisiti minimi per la sufficienza sono riscontrabili nell’acquisizione delle conoscenze e abilità minime sui contenuti trattati nel saper utilizzare un lessico specifico (di base) della disciplina nel saper individuare le informazioni da un contesto problematico nel saper organizzare i dati mediante opportune relazioni per giungere alla risoluzione degli esercizi. 29 ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE STATALE “G. GALILEI - T. CAMPAILLA” - MODICA Segue griglia per la valutazione della prova scritta di fisica: GRIGLIA DI VALUTAZIONE DELLA PROVA SCRITTA DI FISICA Punteggio attribuito Descrittori SVOLGIMENTO PROVA Lavoro non svolto Lavoro parziale e frammentario Lavoro quasi completo Lavoro completo e arricchito Lavoro completo, arricchito e approfondito 2-3 4-5 6 7-8 9-10 CONOSCENZA 2-3 4-5 6 7-8 9-10 Scarsa Limitata Sufficiente Approfondita Articolata APPLICAZIONE Errata Incerta Accettabile Sicura Autonoma 2-3 4-5 6 7-8 9-10 VOTO FINALE 30
