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SCHEDA DISCIPLINARE ALLEGATA AL DOCUMENTO DEL 15 MAGGIO
Disciplina: FISICA
Insegnante: Simona Garau
Libro di testo in adozione: Ugo Amaldi, L'Amaldi per i licei scientifici.blu, Zanichelli, Volume 3
Ulteriori sussidi didattici: Appunti dell'insegnante
BREVE DESCRIZIONE DELLA CLASSE:
La classe, composta da 18 alunni, ha partecipato all’attività didattica proposta con impegno ed interesse anche
se non sempre in modo costante; non sempre il lavoro a casa è stato regolare e talvolta il metodo di studio non è
risultato efficace. Quasi tutti gli alunni hanno evidenziato gravi lacune nella preparazione di base e alcune
carenze riscontrate continuano a persistere; inoltre molti alunni non fanno un uso efficacie del linguaggio
specifico. La maggior parte degli alunni, riesce a lavorare con autonomia solo quando deve affrontare esercizi
molto semplici ed elementari, mentre ha necessità della guida costante nella risoluzione di problemi più
complessi. Non sempre le verifiche scritte, comprese le due simulazioni di terza prova, sono state positive.
Nonostante ciò un buon gruppo di alunni ha recuperato velocemente gli argomenti non sufficienti. Bisogna
evidenziare che la classe non ha avuto continuità didattica, e anche nel corso del primo quadrimestre ha avuto
tre diversi insegnanti di fisica. Tre studenti hanno partecipato alla Masterclass in Particle Physics presso
l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare di Cagliari.
OBIETTIVI GENERALI DELLA DISCIPLINA:
Osservare e identificare fenomeni; affrontare e risolvere semplici problemi di fisica usando gli strumenti
matematici adeguati al percorso didattico; 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 viviamo.
OBIETTIVI SPECIFICI:
Studio dei fenomeni elettrici e magnetici. L'induzione elettromagnetica e le sue applicazioni. Analisi dei
rapporti fra campi elettrici e magnetici variabili. Le equazioni di Maxwell. La natura delle onde
elettromagnetiche, la loro produzione e propagazione, i loro effetti e le loro applicazioni nella varie bande di
frequenza. Il modello del quanto di luce e lo studio della radiazione termica e dell'ipotesi di Planck. Lo studio
dell'effetto fotoelettrico e la sua interpretazione. Le teorie e i risultati sperimentali che evidenziano la presenza
di livelli energetici discreti nell'atomo. L'evidenza sperimentale della natura ondulatoria della materia, postulata
da De Broglie, ed il principio di indeterminazione.
CONOSCENZE:
Conoscere le origini del magnetismo e il dibattito storico su elettricità e magnetismo. Conoscere le proprietà del
campo e delle forze magnetiche. Conoscere alcune fondamentali applicazioni tecnologiche del campo
magnetico. Conoscere il comportamento dei diversi materiali posti all'interno di campi magnetici. Conoscere il
significato di forza elettromotrice indotta, la legge di Faraday-Neumann e le sue applicazioni. Conoscere le
relazioni tra il campo elettrico e magnetico. Conoscere il significato di corrente alternata. Conoscere le
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equazioni di Maxwell e il loro significato. Conoscere le proprietà e le caratteristiche di un'onda
elettromagnetica. Conoscere gli esperimenti e le ipotesi teoriche che hanno portato alla crisi della fisica classica
nella rappresentazione dei fenomeni atomici. Conoscere le leggi che regolano lo spettro del corpo nero.
Conoscere la definizione di quanto di energia. Conoscere l'effetto fotoelettrico e la sua spiegazione attraverso il
quanto di energia. Conoscere l'effetto Compton. Conoscere l'evoluzione storica dei modelli atomici. Conoscere
le leggi di quantizzazione dell'energia atomica secondo il modello di Bohr. Conoscere il risultato degli
esperimenti che hanno dimostrato la natura ondulatoria delle particelle dotate di massa. Conoscere il principio
di indeterminazione di Heisemberg e le sue implicazioni.
CAPACITA’
Determinare l'intensità del campo magnetico e le caratteristiche delle interazioni magnetiche. Determinare la
traiettoria di una carica elettrica in moto in campi elettrici e magnetici. Calcolare forze elettromotrici, correnti
indotte e autoindotte. Saper calcolare le intensità dei campi elettrici e magnetici indotti. Risolvere problemi
relativi alle correnti alternate e ai circuiti in corrente alternata. Esporre le problematiche storiche concernenti la
natura dell'atomo e la sua struttura. Calcolare la potenza emessa o assorbita da un corpo nero a una data
temperatura. Calcolare l'energia di un'onda elettromagnetica corrispondente a una data frequenza. Calcolare il
potenziale di arresto e il lavoro di estrazione degli elettroni nell'effetto fotoelettrico. Calcolare la variazione
della lunghezza d'onda dei fotoni osservata in una diffusione Compton. Calcolare le lunghezze d'onda della
serie di Balmer. Calcolare i livelli energetici dell'atomo di idrogeno. Determinare la lunghezza d'onda
dell'elettrone e la sua quantità di moto. Calcolate l'indeterminazione sulla quantità di moto e sulla posizione
delle particelle quantistiche.
COMPETENZE ATTESE:
Analizzare un fenomeno o un problema riuscendo ad individuare gli elementi significativi, le relazioni, i dati
superflui, quelli mancanti, e riuscendo a collegare premesse e conseguenze. Porsi problemi, prospettare
soluzioni e modelli. Inquadrare in un medesimo schema logico situazioni diverse riconoscendo analogie o
differenze e proprietà. Esporre (sia oralmente che in forma scritta) in modo chiaro, sintetico e logicamente
organizzato, i contenuti della disciplina. Cogliere i legami della fisica con le discipline affini. Cogliere
l’interazione reciproca tra il progresso scientifico e l’evoluzione della società, considerata nei suoi aspetti
tecnologico e ambientale.
OBIETTIVI RAGGIUNTI IN TERMINI DI CONOSCENZE E CAPACITA’:
Secondo quanto stabilito nella programmazione di inizio a.s. la maggior parte della classe ha raggiunto i livelli
minimi ossia conoscenza sufficiente dei contenuti fondamentali del programma svolto. Alcuni alunni hanno
raggiunto livelli superiori cioè conoscenza buona dei contenuti del programma svolto, consapevolezza e
capacità di argomentazione critica, competenza nella scelta e nella applicazione delle procedure per la
soluzione di problemi. Alcuni alunni invece non hanno ancora raggiunto i livelli minimi e hanno una
conoscenza insufficiente dei contenuti fondamentali del programma svolto.
COMPETENZE ACQUISITE:
La maggior parte della classe ha raggiunto livelli minimi in termini di competenze.
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METODOLOGIA DIDATTICA UTILIZZATA:
Per suscitare l’attenzione e la motivazione degli allievi si sono utilizzate le seguenti metodologie: la lezione
frontale e la lezione dialogata. Per ogni argomento proposto, successivamente all’elaborazione teorica, sono
stati eseguiti vari esercizi applicativi per facilitare la comprensione.
VERIFICA E VALUTAZIONE:
Per valutare il raggiungimento degli obiettivi si sono effettuate una serie di verifiche sia scritte che orali, che
hanno consentito di monitorare i progressi realizzati da ogni singolo alunno rispetto alla situazione di partenza.
Le prove scritta erano costituite da domande a risposta aperta e dalla risoluzione di esercizi e problemi di varia
difficoltà. I criteri di valutazione e la griglia di corrispondenza tra voti-decimali e livello raggiunto in termini di
conoscenze, competenze sono quelli definiti dal PTOF.
CONTENUTI DISCIPLINARI
IL CAMPO MAGNETICO : La forza di Lorentz. Dimostrazione dell'espressione della forza di Lorentz. Il
selettore di velocità. L'effetto Hall. La tensione di Hall. Il moto di una carica in un campo magnetico uniforme.
Moto di una carica con velocità obliqua in un campo magnetico uniforme. Flusso del vettore campo magnetico.
Teorema di Gauss per il campo magnetico. Circuitazione del vettore campo magnetico. Teorema di Ampere. Il
campo magnetico all’interno di un filo percorso da corrente. Campo magnetico in un toroide. Il campo
magnetico in una spira circolare. Il campo magnetico in un solenoide. Permeabilità magnetica nel vuoto e
permeabilità magnetica relativa. Proprietà magnetiche dei materiali: sostanze ferromagnetiche, paramagnetiche,
diamagnetiche. INDUZIONE ELETTROMAGNETICA: Il fenomeno dell'induzione elettromagnetica: la forza
elettromotrice indotta e la sua origine. Legge di Faraday-Neumann-Lenz. Le correnti indotte tra circuiti. Il
fenomeno dell'induzione e il concetto di induttanza. Energia e densità di energia associata a un campo
magnetico. CIRCUITI IN CORRENTE ALTERNATA: Circuito resistivo, circuito capacitivo e circuito
induttivo. Circuito RLC. Valore efficacie. Condizione di risonanza. EQUAZIONI DI MAXWELL E ONDE
ELETTROMAGNETICHE: Relazioni tra campi elettrici e magnetici variabili. La corrente di spostamento.
Sintesi dell'elettromagnetismo: le equazioni di Maxwell. Onde elettromagnetiche piane e loro proprietà. Lo
spettro delle onde elettromagnetiche. La produzione delle onde elettromagnetiche. Le applicazioni delle onde
elettromagnetiche nelle varie bande di frequenza. FISICA QUANTISTICA: L'emissione di corpo nero e
l'ipotesi di Plank. L'esperimento di Lenard e la spiegazione di Einstein dell'effetto fotoelettrico. L'effetto
Compton. Lo spettro dell'atomo di idrogeno. L'esperienza di Rutherford. L'esperimento di Millikam. Modello
dell'atomo di Bohr e interpretazione degli spettri atomici. I livelli energetici dell'elettrone nell'atomo di
idrogeno. L'esperimento di Frank-Hertz. Lunghezza d'onda di De Broglie. Dualismo onda-particella. Limiti di
validità della descrizione classica. Diffrazione e interferenza degli elettroni. Il principio di indeterminazione.
NUMERO DI ORE SVOLTE: 88