Programma di Fisica e Didattica della Fisica

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Facoltà di Scienze della Formazione
Corso di Laurea in Scienze della Formazione Primaria
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A.A. 2014-2015
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Fisica e Didattica della Fisica
(Laurea Magistrale)
Corso annuale 8 CFU
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Prof. Sante Centurioni
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Il corso intende affrontare alcune tematiche della Fisica Classica e Moderna da un punto di
vista teorico e sperimentale, inducendo lo studente ad una riflessione sui contenuti, sulle strategie di
apprendimento e sui linguaggi comunicativi più efficaci, che permettano al bambino un naturale e
corretto avvicinamento alla comprensione della realtà fisica che lo circonda.
Il corso sarà sviluppato con delle esperienze di laboratorio semplici adatte ai bambini, organizzate
in modo da stimolare la loro curiosità, in modo ludico, ma facendo in modo che percepiscano
l’importanza attraverso la serietà e il rigore con cui si opera pur divertendosi e giocando.
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Programma d’esame
Le radici della Scienza. Fisica come strumento di indagine del microcosmo e del macrocosmo.
Trattazione generale dei grandi interrogativi della Fisica del mondo atomico, nucleare e sub
nucleare e della Cosmologia. Grandezze fisiche. Misura di una grandezza fisica. Relazione tra
Matematica e Fisica. Fisica sperimentale e Fisica teorica. Elementi di analisi infinitesimale,
concetto di funzione, ruolo nella Fisica. Concetto di limite e di derivata. Metodo sperimentale,
struttura, significato, importanza, limiti. Legge e teoria. Leggi e funzioni. Rappresentazione delle
leggi fisiche in un piano cartesiano. Vettori. Algebra elementare in forma geometrica. Vettori in
forma cartesiana. Operazioni in forma cartesiana. Concetto di errore in fisica. Tipi di errore.
Elementi di teoria di propagazione degli errori. Dai dati sperimentali alla legge fisica. Metodi
matematici per ricavare una legge. Elementi di Statistica. Analisi dimensionale, ruolo e significato.
Elementi di algebra dell’analisi dimensionale.
La nascita di grandi idee: Galileo, Newton, Gauss, Einstein, Noether, Lagrange, Hamilton,
Schroedinger.
Meccanica: Elementi di cinematica del punto Equazioni cinematiche. Sistemi di riferimento. Moti
piani: problema balistico. Cinematica rotatoria. Elementi di Dinamica. I principi. Seconda legge
della Dinamica, suo ruolo nella Fisica. Semplici applicazioni della legge di Newton. Oscillatore
armonico. Elementi di Statica. Concetto di equilibrio. Lavoro meccanico. Energia potenziale e
cinetica. Principio di conservazione dell’energia meccanica. Ruolo dell’energia nello studio di un
sistema fisico. Quantità di moto. Riformulazione della seconda legge di Newton come funzione
della quantità di moto, conseguenze. Conservazione della quantità di moto. Cenni sulla fisica del
corpo rigido. Concetto di momento di una forza. Momento angolare. I e II equazione cardinale.
Problema generale della Statica, equilibrio traslazionale e rotazionale. Teoria di gravitazione
universale. Relatività galileiana, relatività ristretta, approccio concettuale e cenni sulla trattazione
analitica. Elementi di statica e dinamica dei fluidi.
Termodinamica: Approccio macroscopico e microscopico. Concetto di temperatura. Sistema
termodinamico. Gas perfetto. Stato. Trasformazione reversibile e irreversibile. Equazione di stato
dei gas perfetti. Trasformazioni reversibili particolari, isobare, isocore, isoterme, adiabatiche.
Esperienza di Joule.
Lavoro termodinamico.
Funzione di stato. Primo principio della
termodinamica. Semplici applicazioni. Ciclo termodinamico. Secondo principio della
termodinamica. Rendimento di una macchina termica. Ciclo di Carnot e sua importanza. Entropia e
suo significato fisico. Dal ciclo di Carnot alla equazione di Clausius.
Elettromagnetismo: Analisi storica ed epistemologica. Elettrostatica. Forza di Coulomb. Concetto
di campo. Campo elettrico e campo gravitazionale. Flusso. Equazione di Gauss. Potenziale elettrico.
Concetto di corrente elettrica. Circuiti elementari. Leggi di Ohm e di Kirchhoff. Proprietà
magnetiche della materia. Campo magnetico. Relazione tra corrente elettrica e campo magnetico.
Forza magnetica. Legge di Ampere. Teorema di Gauss per il campo magnetico. Legge di Faraday
dell’induzione elettromagnetica. Equazioni di Maxwell, ruolo nello studio dei fenomeni
elettromagnetici. Concetto di campo elettromagnetico. Onde elettromagnetiche e loro
propagazione.Fenomeni ondulatori. Onde meccaniche. Onde elettromagnetiche. Elementi di ottica
geometrica e di ottica fisica.
Elementi di Fisica moderna
Elementi di Astrofisica
Semplici esperienze di laboratorio sui temi fondamentali del corso.
Evoluzione della ricerca in Didattica della Fisica. Valutazione delle competenze scientifiche.
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Testi d’esame
Arnold B. Arons, Guida all’insegnamento della Fisica, Zanichelli, Bologna
D. Allasia, V. Montel, G. Rinaudo, La Fisica per maestri, Ed Cortina, Torino
Dispense fornite dal docente durante il corso
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Uno dei seguenti libri a scelta:
R. Feynman, La legge fisica, Bollati Boringhieri, Torino
R Di Salle, Capire lo spazio-tempo, Bollati Boringhieri, Torino
S. Weiberg, I primi tre minuti, Mondadori, Milano
P. Maffei, I Mostri del cielo; Mondadori, Milano
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Modalità dell’esame
L’esame prevede una prova scritta che sarà divisa in due parti: una prima parte contenente quesiti a
risposta multipla e a risposta breve sul contenuto del corso, una seconda parte dove sarà proposto un
argomento sul quale si dovrà sviluppare una relazione su come si intenderebbe svolgere una lezione
ai bambini.
La prova orale è facoltativa, ad essa si potrà accedere solo se si è riportato allo scritto un punteggio
non inferiore a 25/30.
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Orario delle Lezioni
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Ricevemento
Lunedì: 16.00 -18.00
Mercoledì: 16.00 -18.00
Lunedì: 15.00 -16.00 nella sede della Facoltà di Scienze della Formazione Primaria in via Ostiense
138, aula Docenti esterni (su appuntamento).
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