Liceo Scientifico “E. Fermi” – Madrid PROGRAMMAZIONE CURRICOLARE DI FISICA Breve premessa generale Lo studio della Fisica al Liceo Scientifico concorre alla formazione della personalità dell’allievo, perseguendo lo sviluppo armonico della sua cultura scientifica tramite la comprensione e la descrizione critica del mondo e dei fenomeni naturali. L’orientamento generale del corso sarà da un lato nella distinzione netta tra concetti astratti e definizioni operative della disciplina, da un altro nell’enfasi e nella demarcazione, soprattutto nella seconda parte del triennio, del carattere formale e convenzionale della scienza, mettendone in evidenza i limiti, l’evoluzione, l’affinamento, secondo il naturale processo dialettico tipico di ogni tempo. Obiettivi generali trasversali monoennio z Comprensione dei procedimenti caratteristici dell'indagine scientifica, che si articolano in un continuo rapporto tra costruzione teorica e realizzazione degli esperimenti, e capacità di utilizzarli, conoscendo con concreta consapevolezza la particolare natura dei metodi della fisica; z acquisizione di un corpo organico di contenuti e metodi finalizzati ad una adeguata interpretazione della natura; z comprensione delle potenzialità e dei limiti delle conoscenze scientifiche; z acquisizione di un linguaggio corretto e sintetico e della capacità di fornire e ricevere informazioni; z capacità di analizzare e schematizzare situazioni reali e di affrontare problemi concreti anche in campi al di fuori dello stretto ambito disciplinare; z abitudine al rispetto dei fatti, al vaglio e alla ricerca di un riscontro obiettivo delle proprie ipotesi interpretative; z acquisizione di atteggiamenti fondati sulla collaborazione interpersonale e di gruppo; z comprensione del rapporto esistente fra la fisica (e più in generale le scienze della natura) e gli altri campi in cui si realizzano le esperienze, la capacità di espressione e di elaborazione razionale dell'uomo, e in particolare, del rapporto fra la fisica e lo sviluppo delle idee, della tecnologia, del sociale. Obiettivi disciplinari monoennio z Acquisire terminologie e metodologie di base della fisica; z sviluppo di capacità di calcolo degli argomenti affrontati; z saper caratterizzare ed operare con i vettori; z saper caratterizzare i moti studiati in cinematica matematicamente e graficamente; z acquisire i primi strumenti di lettura dei grafici; z trarre semplici deduzioni teoriche e confrontarle con i dati sperimentali; Metodologia monoennio Lo svolgimento del programma sarà distribuito in maniera equilibrata nel corso dell’anno scolastico onde evitare eccessivi carichi di lavoro e concedere opportuni tempi di recupero e chiarimento agli studenti. Le unità di apprendimento verranno presentate allo studente su un piano teorico, sperimentale e pratico: z l’elaborazione teorica ha lo scopo di portare gradualmente l’allievo a comprendere come si possa interpretare e unificare un'ampia classe di fatti empirici e avanzare possibili previsioni, partendo dalla formulazione di ipotesi o principi; z la realizzazione di esperimenti verrà svolta sia da parte del docente che degli allievi, che potranno operare singolarmente e in gruppo per creare integrazione tra teoria e pratica e consentire agli studenti di vedere la materia come qualcosa di reale e non solo puramente teorico z l’applicazione dei contenuti acquisiti attraverso esercizi e problemi non va intesa come un'automatica applicazione di formule, ma come un'analisi critica del particolare fenomeno studiato, e come uno strumento idoneo ad educare gli allievi a giustificare logicamente le varie fasi del processo di risoluzione. Le ore dedicate al laboratorio terranno conto delle esigenze didattiche di sviluppo della programmazione, della valutazione, e della disponibilità dei laboratori. Verifiche monoennio Le fasi di verifica e valutazione dell’apprendimento sono strettamente correlate e coerenti, nei contenuti e nei metodi, col complesso di tutte le attività svolte durante il processo di insegnamento-apprendimento della disciplina. Le verifiche saranno orali, ma il docente potrà decidere di svolgere le verifiche con test a risposta multipla o attraverso esercitazioni orali. Al fine dell’attribuzione del voto orale, ad integrazione dei colloqui individuali, si ritiene opportuno somministrare anche esercitazioni scritte di tipologia variabile: y Quesiti a risposta aperta; y Quesiti a risposta multipla; y Risoluzione di esercizi e di problemi Si ritiene altresì utile richiedere interventi, dal posto o alla lavagna, volti ad accertare la continuità e la qualità dello studio. Tali interventi potranno essere oggetto di valutazione parziale o totale. Anche la regolarità nello svolgimento dei compiti assegnati per casa concorrerà all’attribuzione dei voti finali. Il numero di valutazioni orali, sotto forma di colloquio o alternativamente sotto forma di esercitazione scritta saranno nel primo periodo didattico almeno due, nel secondo periodo didattico almeno tre. Criteri di valutazione monoennio Per la valutazione delle prove scritte si dividerà, se necessario, la prova stessa in segmenti ad ognuno dei quali verrà attribuito un punteggio che terrà conto dei seguenti indicatori: y acquisizione delle conoscenze y aderenza alla traccia y coerenza nello svolgimento y uso corretto degli strumenti di calcolo e delle unità di misura. Per la valutazione delle varie prove verrà utilizzata la seguente tabella: Conoscenze Voto Contenuto 1–3 4 Non ha conoscenze o ha conoscenze frammentarie e non corrette dei contenuti. Ha una conoscenza frammentaria dei contenuti. Forma Povera e imprecisa. Povera e imprecisa. 5 Ha una conoscenza superficiale dei Semplice e a volte contenuti, non riesce a giustificare le imprecisa. proprie affermazioni. 6 Ha una conoscenza essenziale dei contenuti, non sempre riesce a giustificare le proprie affermazioni. Sostanzialmente corretta. Abilità e Competenze Non riesce ad orientarsi neanche in situazioni semplici. Non riesce ad applicare la frammentarietà delle sue conoscenze. Svolge semplici esercizi, talvolta con errori, ha difficoltà nello svolgimento di problemi. Svolge correttamente semplici esercizi, non commette errori gravi nell’esecuzione di semplici problemi. 7 8 9 10 Ha una conoscenza abbastanza completa e coordinata dei contenuti, riesce quasi sempre a giustificare le proprie affermazioni. Ha una conoscenza completa e coordinata dei contenuti, riesce sempre a giustificare le proprie affermazioni. Ha una conoscenza completa, coordinata e approfondita dei contenuti, riesce sempre a giustificare le proprie affermazioni. Ha una conoscenza completa, coordinata e approfondita dei contenuti, riesce sempre a giustificare le proprie affermazioni. Corretta. Svolge abbastanza correttamente i problemi proposti. Corretta. Svolge correttamente problemi anche complessi. Chiara e corretta. Risolve problemi anche complessi, ottimizza le procedure. Chiara e corretta. Risolve problemi anche complessi, ottimizza le procedure, sa adattare procedimenti noti a situazioni nuove. Modalità di recupero Per ciò che riguarda il recupero che si rendesse necessario durante l’anno scolastico, si fa presente che si intende ricorrere prevalentemente al recupero “in itinere” (durante le ore curricolari). Obiettivi generali trasversali triennio Nel triennio lo studio della Fisica prosegue la formazione del bagaglio dei saperi scientifici avviati durante il primo anno, mirando e orientando gradualmente l’allievo allo sviluppo di senso critico e competenza nel vagliare e correlare tali saperi. Se durante il secondo anno l’orientamento è ancora verso un approfondimento della disciplina soprattutto in senso metodologico e strutturale, negli ultimi due anni la tendenza prevalente è verso l’ampiamento e il completamento dei contenuti disciplinari della materia anche in relazione alle altre discipline scientifiche studiate a scuola, così da fornire allo studente strumenti logici e competenze che ne consentano la prosecuzione degli studi in campo scientifico. In particolare con il triennio si danno come finalità generali: y Il consolidamento dei procedimenti e dei metodi formali nella descrizione scientifica; y Il completamento e l’assestamento dello spettro di nozioni necessarie all’inquadramento dell’universo fisico che ci circonda e di cui siamo parte; y Lo sviluppo di abilità critiche da parte dello studente nell’analizzare, interpretare e ridurre la realtà in una prospettiva scientifica, comprendendo altresì che la prospettiva scientifica non è la sola; y La comprensione della collocazione e del ruolo della scienza nel quadro sociale del nostro tempo; y L’affinamento di competenze per operare scelte con criterio oggettivo anche in ambiti extradisciplinari; Obiettivi disciplinari triennio L’acquisizione di un approccio e di un metodo nell’affrontare le questioni scientifiche si pone come obiettivo portante e centrale nell’intero ciclo di liceo. Stante ciò, per poter intraprendere con successo un percorso scientifico in ambito universitario, alla fine del corso di studi è opportuno che gli studenti siano in grado di: y Esprimere le proprie conoscenze di Fisica secondo i canoni del linguaggio specifico; y Applicare in pratica le conoscenze nella risoluzione di problemi di vario genere e dunque operare collegamenti logici e deduzioni; y Scomporre problemi complessi in parti di più semplice analisi secondo un’approccio che tenda o riconduca verso modelli noti; y Analizzare e riassumere dati da cui desumere e operare sintesi; y Legare l’osservazione e la teoria tramite l’esperimento; y Riconoscere valenze e limiti dei modelli matematici della realtà; Metodologia per il triennio Le unità didattiche verranno esposte frontalmente con metodo dialogato e frequenti chiamate alla lavagna al fine di raggiungere rigore espositivo e un uso fluido del linguaggio matematico applicato. L’uso del laboratorio di Fisica permetterà poi il consolidamento delle principali idee esposte e l’abitudine metodica al confronto tra teoria e pratica attraverso l’esperimento. Di conseguenza l’attività didattica si articolerà nei seguenti punti: y Indagine preliminare sulle conoscenze già acquisite e necessarie per sviluppare gli argomenti in programma; y Presentazione degli argomenti di Fisica e loro inquadramento mediante il linguaggio della matematica tramite lezioni frontali dialogate e partecipate; y Realizzazione di esperimenti con l’uso diretto di strumenti di misura laddove possibile; y Rielaborazione individuali degli argomenti mediante l’ausilio del testo e applicazioni delle nozioni acquisite in situazioni e problemi assegnati da fare a casa; y Verifiche e colloqui orali frequenti anche al fine di migliorare l’esposizione, il linguaggio e la capacità di orientarsi sulla materia; y Stesura per iscritto di alcune verifiche orali per meglio indagare la ricezione globale dei contenuti; y Previsione di recuperi degli argomenti non ben assimilati; y Uso e ausilio dell’informatica laddove necessario. Verifiche sul triennio Premesso che la verifica e la valutazione come momento didattico concorrono all’apprendimento della disciplina, esse sono volte ad accertare non soltanto le imprescindibili conoscenze nozionistiche, ma anche l’abilità nell’usare mezzi e strumenti sviluppati durante i corsi, le competenze nell’organizzare con logica i contenuti acquisiti, l’attitudine a riconoscere analogie e differenze in situazioni distinte e, conseguentemente, la capacità di applicare strategie risolutive più o meno originali. Al fine dell’attribuzione del voto orale, ad integrazione dei colloqui individuali, si ritiene opportuno somministrare anche esercitazioni scritte di tipologia variabile: y Quesiti a risposta aperta; y Quesiti a risposta multipla; y Risoluzione di esercizi e di problemi Si ritiene altresì utile richiedere interventi, dal posto o alla lavagna, volti ad accertare la continuità e la qualità dello studio. Tali interventi potranno essere oggetto di valutazione parziale o totale. Anche la regolarità nello svolgimento dei compiti assegnati per casa concorrerà all’attribuzione dei voti finali. Il numero di valutazioni orali, sotto forma di colloquio o alternativamente sotto forma di esercitazione scritta saranno nel primo periodo didattico almeno due, nel secondo periodo didattico almeno tre. Valutazione Nella valutazione delle prove si farà riferimento alla seguente griglia: Conoscenze Voto Contenuto 1–3 4 Non ha conoscenze o ha conoscenze frammentarie e non corrette dei contenuti. Ha una conoscenza frammentaria dei contenuti. Forma Povera e imprecisa. Povera e imprecisa. 5 Ha una conoscenza superficiale dei Semplice e a volte contenuti, non riesce a giustificare le imprecisa. proprie affermazioni. 6 Ha una conoscenza essenziale dei contenuti, non sempre riesce a giustificare le proprie affermazioni. Sostanzialmente corretta. Ha una conoscenza abbastanza completa e coordinata dei contenuti, riesce quasi sempre a giustificare le proprie affermazioni. Ha una conoscenza completa e coordinata dei contenuti, riesce sempre a giustificare le proprie affermazioni. Ha una conoscenza completa, coordinata e approfondita dei contenuti, riesce sempre a giustificare le proprie affermazioni. Ha una conoscenza completa, coordinata e approfondita dei contenuti, riesce sempre a giustificare le proprie affermazioni. Corretta. 7 8 9 10 Abilità e Competenze Non riesce ad orientarsi neanche in situazioni semplici. Non riesce ad applicare la frammentarietà delle sue conoscenze. Svolge semplici esercizi, talvolta con errori, ha difficoltà nello svolgimento di problemi. Svolge correttamente semplici esercizi, non commette errori gravi nell’esecuzione di semplici problemi. Svolge abbastanza correttamente i problemi proposti. Corretta. Svolge correttamente problemi anche complessi. Chiara e corretta. Risolve problemi anche complessi, ottimizza le procedure. Chiara e corretta. Risolve problemi anche complessi, ottimizza le procedure, sa adattare procedimenti noti a situazioni nuove. Modalità di recupero e sostegno I recuperi prevederanno lo svolgimento di corsi pomeridiani che si terranno alla fine dei due periodi didattici. Alla fine del primo periodo vi saranno due settimane di pausa didattica, durante le quali si potranno effettuare azioni di recupero e sostegno. Anche durante la normale attività didattica si avranno momenti di recupero in itinere. Contenuti I anno Conoscenze 1. Le grandezze Abilità y La misura delle grandezze fisiche: intervallo di tempo, lunghezza, area, volume, massa inerziale, densità. y Il Sistema Internazionale di Unità. y Le grandezze fisiche fondamentali e le grandezze derivate. Competenze y Comprendere il concetto di definizione operativa di una grandezza fisica. y Convertire la misura di una grandezza fisica da un’unità di misura ad un’altra. y Utilizzare multipli e sottomultipli di una unità. 2. La misura y Le caratteristiche degli strumenti di misura. y Le incertezze in una misura. y Gli errori nelle misure dirette e indirette. y La valutazione del risultato di una misura. y Le cifre significative. y L’ordine di grandezza di un numero. y La notazione scientifica. y I concetti di punto materiale, traiettoria, sistema di riferimento. y La velocità media e istantanea. y Caratteristiche del moto rettilineo uniforme. y Il grafico spazio-tempo. y Il significato della pendenza del grafico spazio-tempo. y Riconoscere i diversi tipi di errore nella misura di una grandezza fisica. y Esprimere il risultato di una misura con il corretto uso di cifre significative. y Valutare l’ordine di grandezza di una misura. y Calcolare le incertezze nelle misure indirette. y Usare la notazione scientifica. y Riconoscere il sistema di riferimento associato a un moto. y Calcolare la velocità media, lo spazio percorso, l’intervallo di tempo in un moto. y Interpretare il coefficiente angolare nel grafico spaziotempo. y Conoscere le caratteristiche del moto rettilineo uniforme. y Calcolare la velocità istantanea, l’accelerazione media. y Interpretare i grafici spazio-tempo e velocitàtempo nel moto uniformemente. y Calcolare l’accelerazione da un grafico velocità-tempo. y Ricavare lo spazio percorso da un grafico velocitàtempo. y Distinguere le grandezze 3. La velocità 4. L’accelerazione y I concetti di accelerazione media e istantanea. y Le caratteristiche del moto uniformemente accelerato. y Le leggi del moto. y I grafici spazio-tempo e velocità-tempo. 5. I vettori y Le caratteristiche di un vettore. y La differenza tra grandezze scalari e grandezze vettoriali. y Le operazioni di somma, sottrazione, moltiplicazione; la scomposizione e la proiezione di un vettore. 6. Le forze y Forze di contatto e azione a distanza. y Come misurare le forze. y Le caratteristiche della forza-peso, della forza d’attrito (statico, dinamico), della forza elastica. y Le forze fondamentali e le loro caratteristiche (facoltativo). 7. L’equilibrio dei solidi y Le condizioni per l’equilibrio di un punto materiale e di un corpo rigido. y L’equilibrio su un piano inclinato. y La definizione di momento di una forza e di una coppia di forze. y Le condizioni di equilibrio di una leva. y Il baricentro e il suo ruolo nei problemi di equilibrio y (facoltativo). y L’enunciato del primo principio della dinamica. y L’enunciato del secondo principio della dinamica. y L’enunciato del terzo principio della dinamica. y Le caratteristiche dei fluidi. y Il concetto di pressione. y La pressione nei liquidi. y La legge di Pascal. y La legge di Stevino. y La spinta di Archimede; il galleggiamento dei corpi. y La pressione atmosferica e la sua misura. 8. I princìpi della dinamica 9. L’equilibrio dei fluidi scalari da quelle vettoriali. y Eseguire la somma di vettori con il metodo punta-coda e con il metodo del parallelogramma. y Eseguire la sottrazione di due vettori, la moltiplicazione di un vettore per un numero, il prodotto scalare e il prodotto vettoriale di due vettori. y Riconoscere il ruolo delle forze nel cambiamento di velocità o nel deformare i corpi. y Usare correttamente gli strumenti e i metodi di misura delle forze. y Calcolare il valore della forza-peso, determinare la forza di attrito al distacco e in movimento. y Utilizzare la legge di Hooke per il calcolo delle forze elastiche. y Determinar le condizioni di equilibrio di un corpo su un piano inclinato. y Calcolare il momento delle forze o delle coppie di forze applicate a un corpo. y Valutare l’effetto di più forze su un corpo. y Individuare il baricentro di un corpo. y Analizzare i casi di equilibrio stabile, instabile, indifferente. y Comprendere il significato dei tre principi della dinamica. y Calcolare la pressione esercitata dai liquidi. y Applicare le leggi di Pascal, Stevino, Archimede nello studio dell’equilibrio dei fluidi. y Analizzare le condizioni di galleggiamento dei corpi. y Comprendere il ruolo della pressione atmosferica. y Utilizzare correttamente e convertire le unità di misura della pressione. II anno Conoscenze 1. I moti nel piano Abilità y I vettori posizione, spostamento, velocità, accelerazione. y Il moto circolare uniforme, la velocità angolare, l’accelerazione centripeta. y Il moto armonico. y La composizione di moti.Moto parabolico 2. L’equilibrio dei solidi y Le condizioni per l’equilibrio di un punto materiale e di un corpo rigido. y L’equilibrio su un piano inclinato. y La definizione di momento di una forza e di una coppia di forze. y L’effetto di più forze, concorrenti o parallele, su un corpo rigido. y Le condizioni di equilibrio di una leva. y Il baricentro e il suo ruolo nei problemi di equilibrio. y L’enunciato del primo principio della dinamica. y I sistemi di riferimento inerziali. y Il principio di relatività galileiana e le trasformazioni di Galileo. y Il secondo principio della dinamica. y Unità di misura delle forze nel SI. y Il concetto di massa inerziale. y Il terzo principio della dinamica. y Il moto di caduta libera dei corpi. y La differenza tra i concetti di peso e di massa. y Il moto lungo un piano inclinato. y Le caratteristiche del moto dei proiettili. y La forza centrìpeta. 3. I princìpi della dinamica 4. Le forze e il movimento Competenze y Applicare le conoscenze sulle grandezze vettoriali ai moti nel piano. y Calcolare le grandezze caratteristiche del moto circolare uniforme e del moto armonico. y Comporre spostamenti e velocità di due moti rettilinei. y Determinar le condizioni di equilibrio di un corpo su un piano inclinato. y Calcolare il momento delle forze o delle coppie di forze applicate a un corpo. y Valutare l’effetto di più forze su un corpo. y Individuare il baricentro di un corpo. y Analizzare i casi di equilibrio stabile, instabile, indifferente. y Analizzare il moto dei corpi quando la forza risultante è nulla. y Riconoscere i sistemi di riferimento inerziali. y Ricavare la legge di moto di un corpo in diversi sistemi di riferimento utilizzando le trasformazioni di Galileo. y Studiare il moto di un corpo sotto l’azione di una forza costante. y Applicare il terzo principio della dinamica. y Analizzare la caduta dei corpi trascurando la resistenza dell’aria. y Confrontare le caratteristiche del peso e della massa di un corpo. y Studiare il moto dei corpi lungo un piano inclinato e dei proiettili con diversa y La forza centrifuga come forza apparente. y Il moto armonico e il moto del pendolo. 5. L’energia meccanica y La definizione di lavoro per una forza costante. y La potenza. y L’energia cinetica e la relazione tra lavoro ed energia cinetica. y La distinzione tra forze conservative e dissipative. y L’energia potenziale gravitazionale e l’energia potenziale elastica. y Il principio di conservazione dell’energia meccanica. 6. La quantità di moto e il momento angolare y La relazione tra quantità di moto e impulso di una forza. y La legge di conservazione della quantità di moto per un sistema isolato. y Urti elastici e anelatici su una retta e nel piano. y Il centro di massa e le sue proprietà. y La conservazione e la variazione del momento angolare; la sua relazione col momento torcente delle forze esterne. y Il momento d’inerzia e la rotazione dei corpi. 7. La gravitazione y Le tre leggi di Keplero. y La legge di Newton della gravitazione universale. y La misura della costante G e l’esperimento di Cavendish. y I concetti di massa inerziale e di massa gravitazionale. velocità iniziale. y Distinguere la forza centìpeta e la forza centrifuga apparente. y Comprendere le caratteristiche del moto armonico e del moto del pendolo. y Calcolare il lavoro fatto da una forza costante nei diversi casi di angolo tra direzione della forza e direzione dello spostamento. y Calcolare la potenza impiegata. y Ricavare l’energia cinetica di un corpo in relazione al lavoro svolto. y Determinare il lavoro svolto da forze dissipative. y Calcolare l’energia potenziale gravitazionale di un corpo e l’energia potenziale elastica di un sistema oscillante. y Applicare il principio di conservazione dell’energia meccanica. y Calcolare la quantità di moto di un corpo e l’impulso di una forza. y Applicare la legge di conservazione della quantità di moto. y Comprendere la distinzione tra urti elastici e anelastici. y Analizzare casi di urti lungo una retta e di urti obliqui. y Individuare la posizione del centro di massa di un sistema fisico. y Applicare la conservazione del momento angolare a un sistema fisico. y Determinare il momento d’inerzia di un corpo rigido e utilizzarlo nello studio dei moti rotatori. y Utilizzare le leggi di Keplero nello studio del moto dei corpi celesti. y Applicare la legge di gravitazione di Newton. y Comprendere la distinzione tra massa inerziale e massa gravitazionale. y Analizzare il moto dei y Il moto dei satelliti. y Le caratteristiche del campo gravitazionale. y L’energia potenziale nel campo gravitazionale. 8. Il moto dei fluidi y Il concetto di portata per una conduttura. y L’equazione di continuità. y L’equazione di Bernoulli. y L’effetto Venturi. y L’attrito nei fluidi, il regime laminare, l’attrito viscoso. y La legge di Stokes. y Il concetto di velocità limite. satelliti. y Dedurre le leggi di Keplero dai princìpi della dinamica. y Comprendere le caratteristiche del capo gravitazionale. y Utilizzare il principio di conservazione dell’energia nell’analisi di moti in campi gravitazionali. y Calcolare la portata di una conduttura. y Applicare l’equazione di Bernoulli. y Comprendere l’effetto Venturi e le sue conseguenze. y Calcolare la velocità limite per la caduta nell’aria e nei liquidi. III anno Conoscenze 1. La temperatura Abilità y Definizione operativa di temperatura. y Termoscopi e termometri. y Scale di temperatura Celsius e assoluta. y La dilatazione lineare dei solidi. y La dilatazione volumica dei solidi e dei liquidi. y Le trasformazioni di un gas. y La legge di Boyle e le due leggi di Gay-Lussac. y Il modello del gas perfetto e la sua equazione di stato. y Atomi, molecole e moli. y La legge di Avogadro. 2. Il calore y Calore e lavoro come forme di energia in transito. y Unità di misura per il calore. y Capacità termica, calore specifico, potere calorifico. y La trasmissione del calore per conduzione, convezione, irraggiamento. y Il calore emesso dal Sole e Competenze y Comprendere la differenza tra termoscopio e termometro. y Calcolare le variazioni di dimensione dei corpi solidi e liquidi sottoposti a riscaldamento. y Riconoscere i diversi tipi di trasformazione di un gas. y Applicare le leggi di Boyle e Gay-Lussac alle trasformazioni di un gas. y Riconoscere le caratteristiche di un gas perfetto e saperne utilizzare l’equazione di stato. y Comprendere le distinzioni tra atomi, molecole, elementi, composti e conoscere le loro proprietà. y Utilizzare la legge di Avogadro. y Comprendere come riscaldare un corpo con il calore o con il lavoro. y Distinguere tra capacità termica dei corpi e calore specifico delle sostanze. y Calcolare la temperatura di equilibrio in un calorimetro. y Utilizzare il potere calorifico delle sostanze per l’effetto serra. y Il ruolo delle attività umane nell’aumento dell’effetto serra. y y 3. La teoria microscopica della materia y Il moto browniano. y Il modello microscopico del gas perfetto. y Pressione e temperatura di un gas dal punto di vista microscopico. y Teorema di equipartizione dell’energia. y La velocità delle molecole e la distribuzione di Maxwell. y L’energia interna del gas perfetto. y I gas reali e l’equazione di stato di van der Waals. y L’energia interna nei solidi, liquidi, gas. y y y y y y y y 4. I cambiamenti di stato 5. Il primo principio della termodinamica y I passaggi tra gli stati di aggregazione. y La fusione e la solidificazione. y La vaporizzazione e la condensazione. y Il calore latente. y Il vapore saturo e la sua pressione. y La temperatura critica nel processo di condensazione. y Gas e vapori. y Il vapore d’acqua in atmosfera e l’umidità. y Il processo di sublimazione. y Applicazioni tecnologiche basate sui cambiamenti di stato. y Concetto di sistema termodinamico. y L’energia interna di un sistema fisico. y Il principio zero della termodinamica. y y y y y determinare il calore prodotto in alcune reazioni. Distinguere i diversi modi di trasmissione del calore. Comprendere il meccanismo di azione dell’effetto serra naturale. Comprendere la spiegazione del moto browniano. Analizzare il comportamento di un gas dal punto di vista microscopico. Calcolare la pressione di un gas perfetto. Comprendere la relazione tra temperatura ed energia cinetica delle molecole di un gas. Calcolare la velocità quadratica media delle molecole e analizzare la distribuzione delle velocità. Distinguere un gas perfetto da un gas reale e saper utilizzare l’equazione di van der Waals. Comprendere il significato di energia interna per un gas. Confrontare gas, liquidi, solidi dal punto di vista dell’energia interna. Comprendere come avvengono i passaggi tra i vari stati di aggregazione della materia. Calcolare l’energia necessaria per realizzare i cambiamenti di stato. Interpretare dal punto di vista microscopico il concetto di calore latente. Analizzare un diagramma di fase. Applicare le conoscenze relative ai cambiamenti di stato per comprendere alcuni fenomeni naturali. y Comprendere le caratteristiche di un sistema termodinamico. y Distinguere le trasformazioni reali e quelle quasistatiche. 6. Il secondo principio della termodinamica 7. Entropia e disordine 8. Le onde elastiche y Le trasformazioni termodinamiche. y Il lavoro termodinamico. y Enunciato del primo principio della termodinamica. y Le applicazioni del primo principio alle varie trasformazioni termodinamiche. y I calori specifici del gas perfetto. y L’equazione delle trasformazioni adiabatiche quasistatiche. y Il funzionamento delle macchine termiche. y Enunciati di lord Kelvin e di Rudolf Clausius del secondo principio della termodinamica. y Il rendimento delle macchine termiche. y Trasformazioni reversibili e irreversibili. y Il teorema e il ciclo di Carnot. y La macchina di Carnot e il suo rendimento. y I cicli termodinamici in un motore di automobile. y Il frigorifero come macchina termica. y La disuguaglianza di Clausius. y La definizione di entropia. y L’entropia nei sistemi isolati e non isolati. y L’enunciato del secondo principio della termodinamica tramite l’entropia. y Interpretazione microscopica del secondo principio. y L’equazione di Boltzmann per l’entropia. y Il terzo principio della termodinamica. y Caratteristiche delle onde. y Onde trasversali e longitudinali. y Il fronte d’onda. y Onde periodiche. y Lunghezza d’onda e periodo. y Onde armoniche. y Il principio di y Riconoscere i diversi tipi di trasformazione termodinamica e le loro rappresentazioni grafiche. y Calcolare il lavoro svolto in alcune trasformazioni termodinamiche. y Applicare il primo principio della termodinamica nelle trasformazioni isoterme, isocòre, isòbare, cicliche. y Calcolare il calore specifico di un gas. y Comprendere e confrontare i diversi enunciati del secondo principio della termodinamica e riconoscerne l’equivalenza. y Distinguere le trasformazioni reversibili e irreversibili. y Comprendere il funzionamento della macchina di Carnot. y Calcolare il rendimento di una macchina termica. y Comprendere il funzionamento di un motore a scoppio. y Calcolare le prestazioni delle macchine frigorifere. y Applicare la disuguaglianza di Clausius nello studio delle macchine termiche. y Calcolare le variazioni di entropia nelle trasformazioni termiche. y Comprendere la relazione tra probabilità ed entropia. y Determinare il numero di microstati di un sistema. y Utilizzare l’equazione di Boltzmann per il calcolo dell’entropia. y Analizzare le caratteristiche di un’onda. y Distinguere i vari tipi di onda. y Determinare lunghezza d’onda, ampiezza, periodo, frequenza di un’onda. y Applicare il principio di sovrapposizione. sovrapposizione e l’interferenza delle onde. y Onde e sfasamento. 9. Il suono y Generazione e propagazione delle onde sonore. y Le caratteristiche del suono: altezza, intensità e timbro. y I limiti di udibilità. y Il fenomeno dell’eco. y Le caratteristiche delle onde stazionarie. y Frequenza fondamentale e armoniche in un’onda stazionaria. y Il fenomeno dei battimenti. y L’effetto Doppler e le sue applicazioni. 10. I raggi luminosi y La luce: sorgenti, propagazione rettilinea, velocità. y L’irradiamento. y La definizione delle grandezze fotometriche. y Le leggi della riflessione. y La formazione delle immagini con specchi piani e specchi curvi. y La legge dei punti coniugati e l’ingrandimento. y Le leggi della rifrazione. y L’indice di rifrazione. y La dispersione della luce. y Il fenomeno della riflessione totale. y Il prisma. 11. Le lenti, l’occhio e gli strumenti ottici y Lenti convergenti e divergenti. y La formula delle lenti sottili. y Le immagini prodotte con una lente. y Le aberrazioni delle lenti. y Applicazioni: macchina fotografica e cinema. y L’occhio e la visione. y Il microscopio e il cannocchiale. y Distinguere interferenza costruttiva e distruttiva. y Calcolare la differenza di fase tra le onde. y Comprendere le caratteristiche di un’onda sonora. y Distinguere altezza, intensità, timbro di un suono. y Applicare le conoscenze sul suono al settore musicale. y Determinare lunghezza d’onda e frequenza dei modi fondamentali e delle armoniche nelle onde stazionarie. y Calcolare la frequenza di un battimento. y Ricavare velocità e frequenza nelle applicazioni dell’effetto Doppler. y Applicare le leggi della riflessione e della rifrazione nella formazione delle immagini. y Individuare le caratteristiche delle immagini e distinguere quelle reali e quelle virtuali. y Riconoscere i vari tipi di specchi e le loro caratteristiche. y Determinare, mediante un procedimento grafico, l’immagine prodotta da uno specchio. y Tracciare il percorso di un raggio di luce nel passaggio tra vari mezzi. y Calcolare l’indice di rifrazione relativo. y Calcolare l’angolo limite nel fenomeno della riflessione totale. y Distinguere i vari tipi di lente e riconoscere le loro proprietà. y Determinare, mediante un procedimento grafico, l’immagine prodotta da una lente. y Utilizzare la formula delle lenti sottili. y Distinguere i vari tipi di aberrazione. y Calcolare l’ingrandimento y L’ingrandimento con le lenti e gli strumenti ottici. y 12. Le onde luminose y Modello ondulatorio e modello corpuscolare per la luce. y L’interferenza della luce. y L’esperimento di Young. y Il fenomeno della diffrazione con onde d’acqua, con onde sonore, con la luce. y Reticoli di diffrazione. y La relazione tra colore e lunghezza d’onda. y Spettri di emissione e di assorbimento. y y y y y prodotto da una lente o da uno strumento ottico. Comprendere le caratteristiche principali di funzionamento di uno strumento ottico. Calcolare la lunghezza d’onda della luce da fenomeni di interferenza. Riconoscere il significato dell’esperimento di Young nel confronto tra i modelli di interpretazione della luce. Individuare le zone di interferenza costruttiva o distruttiva in una figura di interferenza. Comprendere la differenza tra interferenza e diffrazione. Calcolare lunghezza d’onda e frequenza della luce emessa in vari colori dello spettro. IV anno Conoscenze 1. La carica elettrica e la legge di Coulomb Abilità y Fenomeni elementari di elettrostatica. y Convenzioni sui segni delle cariche. y Conduttori e isolanti. y La legge di conservazione della carica. y La definizione operativa della carica. y L’elettroscopio. y Unità di misura della carica elettrica nel SI. y La carica elementare. y La legge di Coulomb. y Il principio di sovrapposizione. y L’esperimento della bilancia di torsione per la misura della costante di Coulomb. y La costante dielettrica relativa e assoluta. y La forza elettrica nella materia. y Elettrizzazione per induzione. y Polarizzazione degli isolanti. Competenze y Comprendere la differenza tra cariche positive e negative, tra corpi carichi e corpi neutri. y Interpretare con un modello microscopico la differenza tra conduttori e isolanti. y Distinguere tra elettrizzazione per strofinio, per contatto e per induzione. y Usare in maniera appropriata l’unità di misura della carica. y Calcolare la forza tra corpi carichi applicando la legge di Coulomb e il principio di sovrapposizione. y Comprendere il ruolo della materia nel determinare l’intensità della forza tra cariche. y Saper distinguere la ridistribuzione della carica in un conduttore per induzione e in un isolante per polarizzazione. 2. Il campo elettrico 3. Il potenziale elettrico 4. Il modello atomico y Il vettore campo elettrico. y Il campo elettrico prodotto da una carica puntiforme e da più cariche. y Rappresentazione del campo elettrico attraverso le linee di campo. y Le proprietà delle linee di campo. y Concetto di flusso di un campo vettoriale attraverso una superficie. y Il flusso del campo elettrico e il teorema di Gauss. y La densità superficiale e lineare di carica. y Il campo elettrico generato da una distribuzione piana infinita di carica, da una distribuzione lineare infinita di carica, all’esterno di una distribuzione sferica di carica e all’interno di una sfera omogenea di carica. y Confronto tra il campo elettrico di una sfera carica e il campo gravitazionale della Terra. y L’energia potenziale elettrica. y L’andamento dell’energia potenziale in funzione della distanza tra due cariche. y L’energia potenziale nel caso di più cariche. y Il potenziale elettrico e la sua unità di misura. y La differenza di potenziale. y Le superfici equipotenziali. y La relazione tra le linee di campo e le superfici equipotenziali. y Il concetto di circuitazione. y La circuitazione del campo elettrico. y Il modello atomico di Thomson. y Gli esperimenti di Rutherford. y La deflessione delle particelle alfa per gli urti y Calcolare il campo elettrico in prossimità di una carica. y Comprendere il ruolo di una carica di prova. y Determinare il vettore campo elettrico risultante da una distribuzione di cariche. y Calcolare la forza agente su una carica posta in un campo elettrico. y Disegnare le linee di campo per rappresentare il campo elettrico prodotto da una carica o da semplici distribuzioni di cariche. y Calcolare il flusso di un campo vettoriale attraverso una superficie. y Comprendere il ruolo della simmetria nella determinazione di alcuni campi elettrici. y Utilizzare il teorema di Gauss per calcolare il campo elettrico in alcune situazioni. y Confrontare l’energia potenziale elettrica e meccanica. y Comprendere il significato del potenziale come grandezza scalare. y Individuare la direzione del moto spontaneo delle cariche prodotto dalla differenza di potenziale. y Calcolare il potenziale elettrico di una carica puntiforme. y Dedurre il valore del campo elettrico dalla conoscenza locale del potenziale. y Riconoscere le caratteristiche della circuitazione di un vettore. y Comprendere il significato di campo conservativo e il suo legame con il valore della circuitazione. y Descrivere il procedimento dell’esperimento di Rutherford. y Individuare i limiti del modello atomico di Thomson contro un bersaglio. y Le caratteristiche del modello atomico planetario di Rutherford. y Le dimensioni dell’atomo e del nucleo. y L’esperimento di Millikan e la quantizzazione della carica elettrica. y Il modello atomico di Bohr e le sue caratteristiche. y La quantizzazione delle orbite. y y y y y 5. Fenomeni di elettrostatica nei conduttori 6. La corrente elettrica continua y La condizione di equilibrio elettrostatico e la distribuzione della carica nei conduttori. y Campo elettrico e potenziale in un conduttore carico. y Il teorema di Coulomb. y La capacità di un conduttore e la sua unità di misura nel SI. y Potenziale e capacità di una sfera conduttrice isolata. y Il condensatore. y Campo elettrico e capacità di un condensatore a facce piane e parallele. y Concetto di capacità equivalente. y Collegamento di condensatori in serie e in parallelo. y L’energia immagazzinata in un condensatore. y y Intensità e verso della corrente continua. y L’unità di misura della corrente nel SI. y I generatori di tensione. y Elementi fondamentali di un circuito elettrico. y Collegamenti in serie e in parallelo dei conduttori in un circuito elettrico. y La prima legge di Ohm. y I resistori. y Collegamento in serie e in parallelo di resistori. y y y y y y y y y y y y nell’interpretazione degli esperimenti di deflessione delle particelle alfa. Descrivere la struttura atomica secondo il modello di Rutherford. Illustrare il procedimento dell’esperimento di Millikan e comprendere il significato di quantizzazione della carica. Individuare le ragioni della crisi del modello atomico di Rutherford. Confrontare i modelli atomici di Rutherford e Bohr. Comprendere il concetto di equilibrio elettrostatico. Descrivere come la carica si distribuisce all’interno e alla superficie di un conduttore carico. Applicare il teorema di Gauss per spiegare la distribuzione della carica nei conduttori carichi. Illustrare alcune applicazioni pratiche dell’elettrostatica. Comprendere il significato di messa a terra. Calcolare la capacità di un condensatore piano e di una sfera conduttrice isolata. Analizzare circuiti contenenti condensatori collegati in serie e in parallelo e calcolare la capacità equivalente. Calcolare l’energia immagazzinata in un condensatore. Distinguere verso reale e verso convenzionale della corrente nei circuiti. Utilizzare in maniera corretta i simboli per i circuiti elettrici. Distinguere i collegamenti dei conduttori in serie e in parallelo. Identificare, dalla curva caratteristica, i vari tipi di conduttori. Applicare la prima legge di Ohm e le leggi di Kirchhoff y Le leggi di Kirchhoff. y La potenza dissipata in un circuito per effetto Joule. y Unità di misura per i consumi di energia elettrica. y La forza elettromotrice e il generatore reale di tensione. y y y y y y 7. La corrente elettrica nei metalli y L’interpretazione microscopica del moto delle cariche nei conduttori. y La velocità di deriva. y La seconda legge di Ohm. y Resistività e temperatura. y I superconduttori. y I processi di carica e di scarica di un condensatore. y Il lavoro di estrazione degli elettroni da un metallo. y L’elettronvolt. y L’estrazione di elettroni da un metallo per effetto termoionico e per effetto fotoelettrico. y L’effetto Volta e la differenza di potenziale tra conduttori a contatto. y L’effetto termoelettrico. y La termocoppia. y y y y y y y y 8. Fenomeni magnetici fondamentali y Fenomeni di magnetismo naturale. y Attrazione e repulsione tra poli magnetici. y Caratteristiche del campo magnetico. y L’esperienza di Oersted e le interazioni tra magneti e correnti. y L’esperienza di Faraday e le forze tra fili percorsi da corrente. y La legge di Ampère. y La permeabilità magnetica del vuoto. y Definizione dell’ampere. y y y y nella risoluzione dei circuiti. Riconoscere le proprietà dei nodi e delle maglie. Risolvere circuiti contenenti resistori collegati in serie e in parallelo determinando la resistenza equivalente. Calcolare la potenza dissipata per effetto Joule in un conduttore. Comprendere il ruolo della resistenza interna di un generatore. Distinguere tra forza elettromotrice e tensione. Calcolare la tensione ai capi di un generatore reale. Comprendere il concetto di velocità di deriva. Calcolare la resistenza di fili percorsi da corrente. Descrivere l’andamento della resistività al variare della temperatura. Distinguere tra conduttori, semiconduttori, superconduttori. Descrivere il processo di carica e di scarica di un condensatore. Distinguere l’effetto termoionico da quello fotoelettrico, come modi diversi di fornire energia a un conduttore. Comprendere il ruolo dell’effetto Volta in una pila. Spiegare il funzionamento di una termocoppia in base all’effetto termoelettrico. Confrontare le caratteristiche del campo magnetico e di quello elettrico. Rappresentare l’andamento di un campo magnetico disegnandone le linee di forza. Calcolare l’intensità della forza che si manifesta tra fili percorsi da corrente e la forza magnetica su un filo percorso da corrente. Determinare intensità, direzione e verso del campo magnetico prodotto y Intensità del campo magnetico e sua unità di misura nel SI. y Forza magnetica su un filo percorso da corrente. y La formula di Biot-Savart. y Il campo magnetico di un filo rettilineo, di una spira e di un solenoide. y Principi di funzionamento di un motore elettrico. y Momento torcente su una spira. y Amperometri e voltmetri. 9. Il campo magnetico y y y y y y y y y y y y y y La forza di Lorentz. Il selettore di velocità. L’effetto Hall. Il moto di una carica in un campo magnetico uniforme. La determinazione della carica specifica dell’elettrone. Lo spettrometro di massa. Il flusso del campo magnetico e il teorema di Gauss per il magnetismo. Unità di misura del flusso magnetico nel SI. La circuitazione del campo magnetico e il teorema di Ampère. Le sostanze ferromagnetiche, diamagnetiche e ferromagnetiche. Interpretazione microscopica delle proprietà magnetiche. La temperatura critica. I domini di Weiss. Il ciclo di isteresi da fili rettilinei, spire e solenoidi percorsi da corrente. y Comprendere il principio di funzionamento di un motore elettrico e degli strumenti di misura analogici a bobina mobile. y Distinguere le modalità di collegamento di un amperometro e di un voltmetro in un circuito. y Determinare intensità, direzione e verso della forza agente su una carica in moto. y Descrivere il funzionamento di un selettore di velocità e l’effetto Hall sulle cariche in moto. y Analizzare il moto di una particella carica all’interno di un campo magnetico uniforme. y Descrivere l’esperimento di Thomson sulla carica specifica dell’elettrone. y Collegare l’uso dello spettrometro di massa alla individuazione degli isotopi nucleari. y Cogliere il collegamento tra teorema di Gauss per il magnetismo e non esistenza del monopolo magnetico e tra teorema di Ampère e non conservatività del campo magnetico. magnetica. 10. L’induzione elettromagnetica y La corrente indotta e l’induzione elettromagnetica. y La legge di FaradayNeumann. y La forza elettromotrice indotta media e istantanea. y La legge di Lenz sul verso della corrente indotta. y Le correnti di Foucault. y L’autoinduzione e la mutua induzione. y I circuiti RL. y L’energia immagazzinata in un campo magnetico. y L’alternatore. y La corrente alternata. y Valori efficaci delle grandezze alternate. y Circuiti ohmici, induttivi e capacitivi. y Circuiti RLC in corrente alternata. y Il trasformatore. 11. Le equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche y Campi elettrici indotti. y La circuitazione del campo elettrico indotto. y La corrente di spostamento. y Le equazioni di Maxwell e il campo elettromagnetico. y Le onde elettromagnetiche: produzione, propagazione e ricezione. y L’energia trasportata da un’onda. y La polarizzazione della luce e la legge di Malus. y Lo spettro elettromagnetico. y Le onde radio e le y Interpretare a livello microscopico le differenze tra materiali ferromagnetici, diamagnetici e paramagnetici. y Descrivere la curva di isteresi magnetica e le caratteristiche dei materiali ferromagnetici. y Illustrare alcune applicazioni tecniche dei fenomeni. y Spiegare come avviene la produzione di corrente indotta. y Ricavare la formula della legge di Faraday-Neumann analizzando il moto di una sbarretta in un campo magnetico. y Interpretare la legge di Lenz come conseguenza del principio di conservazione dell’energia. y Descrivere i fenomeni di autoinduzione e di mutua induzione. y Calcolare l’energia immagazzinata in un campo magnetico. y Descrivere il funzionamento dell’alternatore e il meccanismo di produzione della corrente alternata. y Comprendere il significato delle grandezze elettriche efficaci. y Analizzare un circuito RLC in corrente alternata. y Comprendere la relazione tra campo elettrico indotto e campo magnetico variabile. y Cogliere il significato delle equazioni di Maxwell. y Distinguere le varie parti dello spettro elettromagnetico e individuare le caratteristiche comuni alle diverse onde elettromagnetiche. y Descrivere il modo in cui un’onda elettromagnetica è prodotta, si propaga ed è ricevuta. microonde. y Le radiazioni infrarosse, visibili e ultraviolette. y I raggi X e i raggi gamma. y Le applicazioni: la radio, la televisione e i telefoni cellulari. y Comprendere il significato di polarizzazione di un’onda e illustrare l’utilizzo dei filtri polarizzatori. y Descrivere le proprietà delle onde appartenenti alle varie bande dello spettro elettromagnetico. y Illustrare alcuni utilizzi delle onde elettromagnetiche.