ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE Rossano (CS
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ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE LICEO SCIENTIFICO-CLASSICO-LINGUISTICO-ARTISTICO Rossano (CS) PROGETTAZIONE MODULARE PER L’INSEGNAMENTO DELLA FISICA NELLE CLASSE QUINTA LICEO LINGUISTICO ANNO SCOLASTICO 2014/2015 CLASSE QUINTA TEMPI (in ore) ELETTRICITÀ ELETTROMAGNETICA MAGNETISMO E INDUZIONE FISICA MODERNA MODULO 1 MODULO 3 MODULO 2 UNITÀ DIDATTICHE U1. LE CARICHE ELETTRICHE U2. IL CAMPO ELETTRICO E IL POTENZIALE U3. LA CORRENTE ELETTRICA 8 8 8 24 U1. IL CAMPO MAGNETICO U2. L’INDUZIONE ELETTROMAGNETICA U3. LE ONDE ELETTROMAGNETICHE 9 9 8 26 U1. RELATIVITÀ E QUANTI U2. DALL’ENERGIA NUCLEARE AI QUARK U3. LA FISICA OGGI 6 6 4 16 TOTALE ORE 66 Metodologia e strumenti didattici Il processo di insegnamento si baserà su diversi momenti: lezione frontale, per la proposizione e l’elaborazione teorica degli argomenti; lezione partecipata con svolgimento di esercizi in classe per illustrare i concetti, chiarirli e metterli in relazione reciproca; svolgimento di esercizi a casa. Valutazione e strumenti di verifica La verifica sommativa sarà effettuata mensilmente utilizzando come griglia di valutazione quella d’Istituto. Come strumenti di verifica verranno utilizzati: colloquio orale, con svolgimento di esercizi alla lavagna, brevi interrogazioni dal posto, prove scritte semistrutturate (esercizi) e strutturate (comprendenti domande a risposta multipla, risposta aperta, semplici esercizi applicativi), relazioni di laboratorio. OBIETTIVI MODULO 1: ELETTRICITÀ LE CARICHE ELETTRICHE COMPETENZE DI BASE Osservare ed identificare fenomeni 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. Affrontare e risolvere semplici problemi di fisica usando gli strumenti matematici adeguati al suo percorso didattico. CONOSCENZE Elettrizzazione per strofinio I conduttori e gli isolanti La carica elettrica La legge di Coulomb L’elettrizzazione per induzione ABILITÀ Identificare il fenomeno dell’elettrizzazione. Descrivere l’elettroscopio e definire la carica elettrica elementare. Definire e descrivere l’elettrizzazione per strofinio, contatto e induzione. Definire la polarizzazione. Definire i corpi conduttori e quelli isolanti. Riconoscere che la carica che si deposita su oggetti elettrizzati per contatto e per induzione ha lo stesso segno di quella dell’induttore. Formulare e descrivere la legge di Coulomb. Definire la costante dielettrica relativa e assoluta. Interrogarsi sul significato di “forza a distanza”. Utilizzare le relazioni matematiche appropriate alla risoluzione dei problemi proposti. ILCAMPO ELETTRICO E POTENZIALE COMPETENZE DI BASE Osservare ed identificare fenomeni 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. Affrontare e risolvere semplici problemi di fisica usando gli strumenti matematici adeguati al suo percorso didattico. CONOSCENZE Il vettore campo elettrico. I campo elettrico di una carica puntiforme Le linee de campo elettrico Il flusso di un campo elettrico e il teorema di Gauss L’energia elettrica La differenza di potenziale La circuitazione del campo elettrostatico Il condensatore piano ABILITÀ Definire il concetto di campo elettrico. Rappresentare le linee del campo elettrico prodotto da una o più cariche puntiformi. Calcolare il campo elettrico prodotto da una o più cariche puntiformi. Definire il concetto di flusso elettrico e formulare il teorema di Gauss per l’elettrostatica. Definire il vettore superficie di una superficie piana immersa nello spazio. Applicare il teorema di Gauss a distribuzioni diverse di cariche per ricavare l’espressione del campo elettrico prodotto. Applicare le relazioni appropriate alla risoluzione dei problemi proposti. Mettere a confronto campo elettrico e campo gravitazionale Definire l’energia potenziale elettrica. Indicare l’espressione matematica dell’energia potenziale e discutere la scelta del livello zero. Definire il potenziale elettrico. Definire la circuitazione del campo elettrico. Utilizzare le relazioni matematiche e grafiche opportune per la risoluzione dei problemi proposti. LA CORRENTE ELETTRICA COMPETENZE DI BASE Osservare ed identificare fenomeni 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. Affrontare e risolvere semplici problemi di fisica usando gli strumenti matematici adeguati al suo percorso didattico. Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive. CONOSCENZE L’intensità della corrente elettrica I generatori di tensione. I circuiti elettrici e le leggi di Ohm Resistori in serie e in parallelo. Lo studio dei circuiti elettrici La forza elettromotrice La trasformazione dell’energia elettrica La corrente nei liquidi e nei gas ABILITÀ Definire la corrente elettrica Analizzare la relazione esistente tra l’intensità di corrente che attraversa un conduttore e la differenza di potenziale ai suoi capi. Definire la capacità elettrica. Illustrare i collegamenti in serie e in parallelo di due o più condensatori.. MODULO 2 : MAGNETISMO E INDUZIONE ELETTROMAGNETICA COMPETENZE DI BASE Osservare ed identificare fenomeni 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. Affrontare e risolvere semplici problemi di fisica usando gli strumenti matematici adeguati al suo percorso didattico. Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive MAGNETISMO CONOSCENZE Magneti La forza magnetica e le linee di campo magnetico Forza tra magneti e correnti. Forza tra correnti L’intensità del campo magnetico La forza su una corrente e su una carica in moto Il campo magnetico in un filo e in un solenoide Il flusso del campo magnetico e il teorema di Gauss La circuitazione del campo magnetico Il motore elettrico. L’elettromagnete ABILITÀ Analizzare le proprietà magnetiche dei materiali. Esporre il concetto di campo magnetico. Definire il campo magnetico terrestre. Analizzare le forze di interazione tra poli magnetici. Mettere a confronto campo elettrico e campo magnetico Interrogarsi sul perché un filo percorso da corrente generi un campo magnetico e risenta dell’effetto di un campo magnetico esterno. Analizzare il moto di una carica all’interno di un campo magnetico e descrivere le applicazioni sperimentali che ne conseguono. Formalizzare il concetto di flusso del campo magnetico. Definire la circuitazione del campo magnetico. Discutere l’importanza e l’utilizzo di un elettromagnete. Valutare l’impatto del motore elettrico in tutte le diverse situazioni della vita reale. INDUZIONE ELETTROMAGNETICA COMPETENZE DI BASE Osservare ed identificare fenomeni 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. Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive CONOSCENZE La corrente indotta La legge di Faraday-Neumann Il verso della corrente indotta L’alternatore. Le centrali elettriche Il trasporto dell’energia elettrica Il trasformatore. Il consumo di energia elettrica. ABILITÀ Definire il fenomeno dell’induzione elettromagnetica. Formulare e dimostrare la legge di Faraday-Neumann. Analizzare il funzionamento delle centrali elettriche e nucleari. Capire come avviene il trasporto dell’energia elettrica. Discutere l’importanza, e la necessità, di fonti rinnovabili di energia elettrica. Ragionare sul consumo di energia elettrica e sul risparmio energetico. ONDE ELETTROMAGNETICHE COMPETENZE DI BASE Osservare ed identificare fenomeni Fare esperienza e rendere ragione 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. Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive. CONOSCENZE Il campo elettrico indotto. Il campo magnetico indotto Le equazioni di Maxwell e il campo elettromagnetico La propagazione del campo elettromagnetico. La proprietà delle onde elettromagnetiche Lo spettro elettromagnetico. Le onde radio e le microonde. Infrarosso, visibile e ultravioletto. Raggi X e raggi Gamma ABILITÀ Capire cosa genera un campo elettrico e cosa genera un campo magnetico. Esporre il concetto di campo elettrico indotto Capire se si può definire un potenziale elettrico per il campo elettrico indotto. Esporre e discutere le equazioni di Maxwell nel caso statico e nel caso generale. Definire le caratteristiche dell’onda elettromagnetica. Descrivere le diverse parti dello spettro elettromagnetico e le caratteristiche delle onde che le compongono. Descrivere l’utilizzo delle onde elettromagnetiche nel campo delle trasmissioni radio, televisive e nei telefoni cellulari. MODULO 3: FISICA MODERNA COMPETENZE DI BASE LA FISICA OGGI DALL’ENERGIANUCLEARE AI QUARK RELATIVITÀ E QUANTI Osservare ed identificare fenomeni 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. Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive CONOSCENZE La crisi della fisica classica. L’invarianza della velocità della luce La relatività del tempo e dello spazio L’equivalenza massa-energia. I quanti di luce. L’effetto fotoelettrico. Dualità onda particella. Il modello di Bohr L’origine della luce Fisica moderna e fisica classica ABILITÀ Descrivere e discutere l’esperimento di Michelson-Morley. Formulare gli assiomi della relatività ristretta. Spiegare perché la durata di un fenomeno non è la stessa in tutti i sistemi di riferimento. Introdurre il concetto di intervallo di tempo proprio. Descrivere la contrazione delle lunghezze e definire la lunghezza propria Riformulare le trasformazioni di Lorentz alla luce della teoria della relatività. Capire in che modo le teorie sulla relatività hanno influenzato il mondo scientifico. COMPETENZE DI BASE Osservare ed identificare fenomeni 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. Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive CONOSCENZE I nuclei degli atomi. La forza nucleare. La radioattività. I quark. Le particelle fondamentali. La medicina nucleare. La fissione e la fusione nucleare. La scelta nucleare ABILITÀ Individuare le particelle del nucleo e le loro caratteristiche. Descrivere le caratteristiche della forza nucleare. Descrivere il fenomeno della radioattività. Descrivere il funzionamento delle centrali nucleari e dei reattori a fusione nucleare. Discutere rischi e benefici della produzione di energia nucleare. COMPETENZE DI BASE 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. Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive CONOSCENZE La fisica oggi. Le frontiere ABILITÀ Essere in grado di orientarsi e saper maneggiare un certo numero di modelli scientifici, riconoscendo quando possono essere applicati, è l’essenza della visione scientifica del mondo. ATTIVITÀ COMPLEMENTARI Animazioni e film MODULO 1 U1 U2 U3 MODULO 2 U1 U2 Laboratori • Corpi negativi e corpi positivi • Il principio di sovrapposizione • Induzione elettrostatica e polarizzazione • Funzionamento di un elettroscopio • Attrazioni elettriche • La carica elettrica • La legge di Coulomb • Il vettore campo elettrico, • Campo elettrico di più cariche puntiformi • Il potenziale elettrico non dipende dalla carica di prova • Spostamento spontaneo delle cariche • Capacità di un condensatore piano • L’intensità di corrente • Il generatore di tensione • L’effetto Joule e la potenza dissipata • La forza elettromotrice • I poli magnetici • Esperimento di Faraday • Le sostanze ferromagnetiche • L’intensità della forza magnetica • Intensità del campo magnetico indotto • La legge di Lenz, • Le forze in campo • Linee del campo elettrico • Il campo elettrico • Energia potenziale elettrica e differenza di potenziale • La seconda legge di Ohm • Lampadine in serie e in parallelo • Prima e seconda legge di Ohm • Corrente elettrica nei metalli, nei liquidi e nei gas • Il campo magnetico di un filo rettilineo percorso da corrente • La forza magnetica • L’intensità del campo magnetico • Forze elettromotrici indotte • La legge di Faraday-Neumann • Corrente alternata e produzione di energia elettrica • Il campo elettromagnetico • Lo spettro elettromagnetico MODULO 3 U3 U1 • Tempo che si dilata, U2 • Radioattività e contatore Geiger • Decadimenti U3 Mappe interattive • La teoria della relatività di Einstein • Quanti di luce e dualità onda corpuscolo • Reazioni nucleari: fusione e fissione • La radioattività e i quark
