Programmazione didattica per la Fisica nel Biennio Anno scolastico

Liceo Scientifico “V. Volterra” di Ciampino (ROMA)
Programmazione didattica per la Fisica nel Biennio
Anno scolastico 2010-2011
1. Obiettivi generali
Lo studio della fisica contribuisce alla formazione della personalità dell’allievo e
costituisce una base per la costruzione di un profilo culturale polivalente. L’insegnamento
della fisica, in cooperazione con le altre discipline, si propone i seguenti obiettivi generali:
•la comprensione dei procedimenti caratteristici dell’indagine scientifica e la
capacità di utilizzarli;
•l’acquisizione di un corpo organico di contenuti e metodi finalizzati a un’adeguata
interpretazione della natura;
•la comprensione delle potenzialità e dei limiti delle conoscenze scientifiche;
•l’acquisizione di un linguaggio corretto e sintetico;
•lo sviluppo della capacità di analizzare e schematizzare situazioni reali e di
affrontare problemi concreti anche al di fuori dello stretto ambito disciplinare;
•l’abitudine al rispetto dei fatti, al vaglio e alla ricerca di un riscontro obiettivo delle
proprie ipotesi interpretative;
•l’acquisizione di atteggiamenti fondati sulla collaborazione interpersonale e di
gruppo;
•la capacità di “leggere” la realtà tecnologica;
•la comprensione del rapporto esistente fra lo sviluppo della fisica e quello della
cultura nel suo complesso, della tecnologia, della società.
2. Obiettivi specifici
L'insegnamento della Fisica mira al raggiungimento degli obiettivi generali guidando gli
allievi verso lo sviluppo delle conoscenze e delle competenze elencate di seguito.
Le competenze non annotate con l'asterisco entrano in gioco nella determinazione del
livello sufficiente della preparazione. L'asterisco indica le competenze avanzate.
I capitoli si riferiscono al libro di testo adottato.
•Per le classi prime: U. Amaldi, L’Amaldi 2.0 multimediale. Le misure, l’equilibrio e
il moto. Con esperimenti sul calore e la luce, Edizione Blu, Zanichelli
•Per le classi seconde: G. Ruffo, Lezioni di fisica. Seconda edizione di Fisica per
moduli, vol.I e vol. II, Zanichelli
Classi prime
Modulo 1.
La misurazione delle grandezze fisiche e la scoperta delle leggi esistenti tra grandezze
1
fisiche correlate
Le conoscenze sono presentate nelle seguenti parti del libro di testo: Le grandezze
fisiche (cap. 1). La misurazione della lunghezza, dell’area, del volume, della massa, del
tempo (cap. 2). La notazione scientifica e l'arrotondamento (cap. 2 e cap. 3). L’incertezza di
una misura (cap. 3). I grafici cartesiani (cap. 2). Le grandezze direttamente proporzionali
(cap. 2). Altre relazioni matematiche: la correlazione lineare, quella quadratica e quella
inversa (cap. 2)
Le competenze: Valutare l’errore di lettura associato ad una misurazione. Calcolare l’errore
relativo di una misura. Calcolare il valore (comprensivo dell’errore corrispondente) da
associare ad una grandezza in presenza di misure ripetute (media e scarto quadratico medio
oppure valore centrale e semi-dispersione). Calcolare la propagazione dell’errore per la
somma, la differenza, il prodotto e il rapporto tra due grandezze fisiche (*). Usare la
notazione scientifica (*). Rappresentare una tabella riguardante due grandezze correlate
mediante un grafico cartesiano. Riportare le incertezze sperimentali sul grafico cartesiano
(*). Stabilire se tra due grandezze correlate esiste una proporzionalità diretta, una relazione
lineare, una relazione di proporzionalità quadratica. Stabilire se tra due grandezze correlate
esiste una relazione di proporzionalità inversa (*). Rappresentare su un piano cartesiano la
proporzionalità lineare e quadratica tra due grandezze correlate. Calcolare la pendenza di
una retta in un grafico cartesiano. Effettuare le operazioni grafiche di interpolazione ed
estrapolazione. Effettuare le operazioni di interpolazione ed estrapolazione mediante il
calcolo algebrico (*).
Modulo 2.
Le grandezze vettoriali: gli spostamenti e le forze
Le conoscenze sono presentate nelle seguenti parti del libro di testo: Gli spostamenti
(cap. 4). Le forze (cap. 4). Gli allungamenti elastici e il dinamometro (cap. 4). Le operazioni
sulle forze (cap. 4). La forza peso, la forza elastica e la forza di attrito radente (cap. 4)
Le competenze: Distinguere le grandezze scalari dalle grandezze vettoriali. Sommare
graficamente due vettori. Calcolare graficamente la differenza tra due vettori. Scomporre
graficamente un vettore rispetto ad una coppia di direzioni assegnate. Utilizzare l’esperienza
sul comportamento elastico di una molla per stabilire la proporzionalità diretta tra l’intensità
della forza elastica e la corrispondente deformazione della molla. Distinguere tra l’intensità
presentata dalla forza di attrito statico e il valore massimo raggiungibile da tale intensità.
Individuare la forza premente da cui dipende la forza di attrito statico e dinamico.
Distinguere la massa e il peso di un oggetto.
Modulo 3.
L'equilibrio dei corpi solidi
Le conoscenze sono presentate nelle seguenti parti del libro di testo: L’equilibrio di un
oggetto puntiforme (cap. 5). L’equilibrio su un piano inclinato (cap. 5). Il momento delle
forze (cap. 5). Le coppie di forze (cap. 5). Le leve e il baricentro (cap. 5).
Le competenze: Individuare le forze (forza-peso, forza di attrito statico e dinamico, forza di
reazione vincolare, forza elastica) agenti su un oggetto puntiforme, specificandone la
direzione, il verso e, laddove possibile, l’intensità. Determinare la risultante delle forze
agenti su un oggetto puntiforme mediante l’applicazione grafica della regola del
parallelogrammo e/o mediante la scomposizione grafica delle forze agenti lungo direzioni
opportune. Scomporre graficamente la forza-peso agente su un oggetto appoggiato su un
piano inclinato lungo la direzione parallela e quella perpendicolare al piano stesso.
2
Scomporre la forza-peso agente su un oggetto appoggiato su un piano inclinato lungo la
direzione parallela e perpendicolare al piano stesso mediante la similitudine dei triangoli e/o
l’uso delle funzioni seno e coseno (*). Applicare la legge della leva. Controllare l’esistenza
dell'equilibrio meccanico per sistemi meccanici elementari. Individuare il baricentro in
sistemi meccanici elementari(*). Calcolare la coppia di forze agente su sistemi meccanici
elementari (*).
Classi seconde
I principi della dinamica (modulo D, unità 8)
Le conoscenze sono presentate nelle seguenti parti del libro di testo: Il primo principio
della dinamica (unità 8, lezione 1). Il secondo principio della dinamica (unità 8, lezione 2).
Il terzo principio della dinamica (unità 8, lezione 3). Alcune applicazioni dei tre principi
(unità 8, lezione 4)
Le competenze: Riconoscere il ruolo delle forze nel cambiamento di velocità o nella
deformazione dei corpi. Riconoscere un riferimento inerziale (*). Calcolare l’intensità della
forza o l’accelerazione o la massa note le altre due grandezze. Calcolare il valore della
forza-peso a partire dalla massa. Studiare il moto di un corpo sotto l’azione di una forza
risultante costante: moto di caduta libera con velocità iniziale nulla, moto lungo un piano
inclinato senza e con attrito. Studiare il moto di un corpo sotto l’azione della forza peso
quando l'oggetto è lanciato verticalmente verso l’alto o orizzontalmente (*). Applicare il
terzo principio della dinamica in problemi analoghi a quelli del colpo di cannone.
Il lavoro meccanico e la legge di conservazione dell'energia meccanica (modulo D,
unità 9 e unità 10)
Le conoscenze sono presentate nelle seguenti parti del libro di testo: Il lavoro (unità 9,
lezione 1). La potenza (unità 9, lezione 2). L’energia cinetica (unità 9, lezione 3). L’energia
potenziale (unità 9, lezione 4). L’energia meccanica (unità 10, lezione 1). Quando l’energia
meccanica non si conserva (unità 10, lezione 2)
Le competenze: Calcolare il lavoro compiuto da una forza costante. Calcolare la potenza
impiegata nello svolgimento di un lavoro meccanico. Calcolare l’energia cinetica e l’energia
potenziale gravitazionale in prossimità della superficie terrestre. Ricavare la variazione di
energia cinetica di un corpo in relazione al lavoro svolto dalla forza applicata sul corpo.
Determinare il lavoro compiuto dalla forza di attrito dinamico. Dimostrare che la variazione
di energia cinetica per un grave che scivola lungo un piano inclinato privo di attrito dipende
solo dal dislivello (*). Utilizzare la legge di conservazione dell'energia meccanica per
prevedere il moto di un corpo lungo una discesa curvilinea. Ricavare il coefficiente di attrito
tra il carrello e la rotaia nell’esperienza svolta in laboratorio a partire dal calcolo
dell’energia meccanica perduta (*).
L'equilibrio dei fludi (modulo B, unità 5)
Le conoscenze sono presentate nelle seguenti parti del libro di testo: La pressione (unità
5, lezione 1). Il principio di Pascal (unità 5, lezione 2). I vasi comunicanti (unità 5, lezione
3). La pressione atmosferica (unità 5, lezione 4). La spinta di Archimede (unità 5, lezione 5).
Le competenze: Calcolare la pressione esercitata su una superficie note la forza applicata e
l’area della superficie. Applicare la legge di Stevino e il principio di Pascal. Comprendere il
ruolo della pressione atmosferica nell’equilibrio dei liquidi. Calcolare la spinta idrostatica
per un corpo completamente immerso in un liquido. Risolvere problemi sul galleggiamento
3
di un corpo (*).
Calore e temperatura (modulo E, unità 11)
Le conoscenze sono presentate nelle seguenti parti del libro di testo: La misura della
temperatura (unità 11, lezione 1). La dilatazione termica (unità 11, lezione 2). La legge
fondamentale della termologia (unità 11, lezione 3). Il calore latente (unità 11, lezione 4). La
propagazione del calore (unità 11, lezione 5). L’equilibrio dei gas (unità 12, lezione 2).
Lavoro e calore (unità 12, lezione 4).
Le competenze: Ricavare la variazione della lunghezza di un’asta metallica dalla
conoscenza della variazione della temperatura dell’asta e viceversa. Interpretare un grafico
(T, Q). Applicare le leggi Q = c m ∆T e Q = λ m. Applicare la legge della conduzione
termica (*). Applicare il concetto di equivalente meccanico del calore.
Ottica geometrica (modulo F, unità 14)
Le conoscenze sono presentate nelle seguenti parti del libro di testo: La propagazione
della luce (unità 14, lezione 1). La riflessione della luce (unità 14, lezione 2). La riflessione
sugli specchi curvi (unità 14, lezione 3). La rifrazione della luce (unità 14, lezione 4). La
riflessione totale (unità 14, lezione 5). Le lenti (unità 14, lezione 6).
Le competenze: Tracciare il raggio riflesso da o incidente su una superficie noto il raggio
incidente o quello riflesso. Ricavare in modo grafico l’indice di rifrazione noti il raggio
incidente e quello rifratto. Ricavare in modo analitico l’indice di rifrazione noti il raggio
incidente e quello rifratto (*). Tracciare con il metodo grafico il raggio rifratto noti il raggio
incidente e l’indice di rifrazione. Ricavare l’indice di rifrazione noto l’angolo limite (*).
Tracciare il percorso ottico attraverso una lastra a facce piane e parallele. Costruire
l’immagine prodotta da specchi piani. Costruire l’immagine prodotta da specchi curvi (*).
Costruire l’immagine reale prodotta da una lente sottile convergente. Costruire l’immagine
reale e virtuale di una lente sottile convergente e divergente (*). Applicare la formula delle
lenti sottili (*).
Al termine del biennio gli studenti dovranno, inoltre, essere in grado di:
•utilizzare il righello graduato, il cronometro, il cilindro graduato, il dinamometro, il
termometro;
•scrivere il risultato di una misurazione nella forma G = ( g ± ∆g) unità di misura;
•riportare i risultati di un esperimento in una tabella;
•disegnare lo schema dell’apparato sperimentale utilizzato in un’esperienza;
•compilare una relazione di laboratorio sull’esperienza svolta;
•elaborare i risultati di un esperimento mediante il foglio elettronico (*);
•utilizzare correttamente le unità di misura delle grandezze studiate;
•presentare lo svolgimento strutturato di un esercizio con il corretto utilizzo delle
unità di misura.
3. La scansione temporale dei contenuti
I moduli didattici indicati nel §.2 saranno svolti sulla base della seguente scansione
temporale.
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TAB. 1 - Primo anno
3
LA MISURAZIONE DELLE GRANDEZZE FISICHE E LA
SCOPERTA DELLE LEGGI ESISTENTI TRA GRANDEZZE
FISICHE
LE GRANDEZZE VETTORIALI:
GLI SPOSTAMENTI, LE FORZE
L’EQUILIBRIO DEI CORPI SOLIDI
MESE
2
TITOLO
MODULO
1
SettembreDicembre
DicembreAprile
AprileGiugno
TAB. 2 - Secondo anno
I MOTI RETTILINEI (RIPASSO)
D
U-8
I PRINCIPI DELLA DINAMICA DI NEWTON
D
U-9
IL LAVORO MECCANICO E LA LEGGE DI
CONSERVAZIONE DELL'ENERGIA MECCANICA
B
U-5
L’EQUILIBRIO DEI LIQUIDI
E
U-11 LA CALORIMETRIA
E
U-12 I GAS PERFETTI
L’EQUIVALENTE MECCANICO DEL CALORE
MESE
UNITÀ
U-6
TITOLO
MODULO
C
Settembre
SettembreOttobre
NovembreDicembre
DicembreGennaio
GennaioFebbraio
FebbraioMarzo
5
F
U-6
L’OTTICA GEOMETRICA
AprileGiugno
L’attività di laboratorio del biennio sarà svolta sulla base della seguente scansione
temporale:
TAB. 3 - Attività di laboratorio
Settimana
Esperienza
Classi
4 ottobre - 9 ottobre
Secondo principio dinamica
Seconde
11 ottobre - 16 ottobre
Lancio due dadi
Studio moto bolla d’aria
1 novembre - 6 novembre
Elaborazione dati secondo
principio dinamica
8 novembre - 13 novembre
Elaborazione dati lancio due
dadi
Elaborazione dati moto bolla
d’aria
22 novembre - 27 novembre
Energia meccanica
Seconde
20 dicembre - 15 gennaio
Elaborazione dati energia
meccanica
Seconde
17 gennaio - 22 gennaio
Studio oscillazioni pendolo
semplice
31 gennaio - 5 febbraio
Statica dei fluidi
21 febbraio - 26 febbraio
Elaborazione dati oscillazioni
pendolo semplice
7 marzo - 12 marzo
Raffreddamento corpo
Fusione ghiaccio
Dilatazione gas
Seconde
28 marzo - 2 aprile
Statica piano inclinato
Somma delle forze
Prime
11 aprile - 16 aprile
Elaborazione dati dell’esperienza
di termologia svolta
Seconde
18 aprile - 23 aprile
Specchi
Seconde
25 aprile - 30 aprile
Rifrazione luce
Seconde
30 maggio - 4 giugno
Elaborazione dati esperienze di
ottica
Seconde
6 giugno - 11 giugno
Elaborazione dati statica piano
inclinato, somma delle forze
Prime
Prime
Seconde
Prime
Prime
Seconde
Prime
È prevista la possibilità di una diversa scansione temporale degli argomenti e di una
diversa rosa di esperienze di laboratorio in relazione alle scelte metodologiche del docente e
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alle specificità della classe. In ogni caso, le variazioni dovranno:
•essere coerenti con le indicazioni ministeriali;
•mirare al raggiungimento degli obiettivi specifici elencati nel §.2;
•sincronizzare l’attività di laboratorio della classe con la programmazione stabilita a
livello d’Istituto per l’uso del laboratorio di Fisica.
I docenti che intendono adottare varianti al piano di lavoro indicato nel presente
documento sono tenuti alla presentazione di una scheda e alla illustrazione della stessa in
una riunione del Dipartimento. La scheda sarà allegata al piano di lavoro del Dipartimento.
4. Indicazioni metodologiche
L’attività di laboratorio svolge un ruolo centrale nell’insegnamento della Fisica. Tale
attività va inserita organicamente nello svolgimento delle unità e nella successione
temporale delle lezioni.
Si prevede, in particolare, che, dopo le esperienze di laboratorio (ad eccezione, per le
classi seconde, di quella sulla statica dei fluidi), la classe discuta i risultati ottenuti, sia
guidata dal docente nella redazione di una relazione di laboratorio. Si prevede, inoltre, la
possibilità che, dopo lo svolgimento e la discussione dell’esperienza, la classe torni in
laboratorio, compatibilmente con l’uso dello stesso da parte delle altre classi dell’Istituto,
per elaborare i risultati dell’esperienza con l’ausilio del foglio elettronico e/o di altri
strumenti informatici.
Qualora lo ritenga proficuo, il docente farà uso, oltre che del libro di testo, di altri
materiali a stampa, di lucidi, del software didattico, dei CD-DVD e delle videocassette in
possesso dell’Istituto.
5. La valutazione
Per le classi prime, in ogni quadrimestre saranno attribuiti agli allievi almeno tre voti: un
voto in corrispondenza di una prova orale, un voto in corrispondenza di una prova scritta, un
voto in corrispondenza dell’attività di laboratorio.
Per le classi seconde, in ogni quadrimestre saranno attribuiti agli allievi almeno quattro
voti: un voto in corrispondenza di una prova orale, due voti in corrispondenza di due prove
scritte, un voto in corrispondenza dell’attività di laboratorio.
Nella valutazione della prova orale si prenderanno in esame i seguenti indicatori:
•conoscenza e comprensione degli argomenti
•capacità di motivare le risposte fornite
•pertinenza delle risposte
•fluidità e proprietà dell’esposizione.
Nella valutazione della prova scritta si prenderanno in esame i seguenti indicatori:
•grado di completezza dell’elaborato
•motivazione delle risposte fornite
•pertinenza delle risposte
•conoscenza degli argomenti oggetto della prova
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•correttezza del calcolo
•qualità dell’esposizione.
La valutazione dell’attività di laboratorio terrà conto:
•delle modalità di lavoro dello studente nel laboratorio;
•delle relazioni e/o delle eventuali prove scritte/orali sulle esperienze svolte.
Nella valutazione delle relazioni e delle eventuali prove scritte/orali sulle esperienze di
laboratorio svolte si terrà conto dei seguenti indicatori:
•completezza dello svolgimento
•correttezza della elaborazione dei dati
•qualità delle tabelle e dei grafici
•qualità dell’esposizione e della composizione grafica.
La valutazione globale al termine del primo quadrimestre e al termine dell’anno scolastico
sarà compiuta:
•in funzione degli obiettivi specifici raggiunti;
•sulla base degli elementi che emergeranno dalle interrogazioni orali, dai compiti in
classe, dall’attività di laboratorio, dalle modalità di lavoro degli studenti nell’ambito
del gruppo-classe;
•in relazione all’impegno di studio e al metodo di lavoro messi in campo dagli
allievi;
•in relazione ai progressi compiuti rispetto ai livelli di partenza.
Si precisa che i voti assegnati si riferiscono alla preparazione in Fisica dello studente e non
rappresentano un giudizio sulla personalità dello studente.
6. Il recupero
L'attività di recupero sarà svolta in itinere e si avvarrà, se l’Istituto disporrà dei fondi
necessari, dello sportello e dei corsi di recupero attivati nell’Istituto.
L’attività di recupero in itinere troverà i suoi momenti centrali nella correzione in classe
degli esercizi assegnati, nella discussione delle richieste di chiarimento degli studenti, nelle
interrogazioni, nella disamina dei risultati emersi nelle verifiche scritte e in eventuali lezioni
appositamente programmate.
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