5) Cinematica e dinamica

PROGRAMMAZIONE DIDATTICA ANNUALE
ANNO SCOLASTICO 2014/2015
DOCENTE PROF./ PROF.SSA :
MATERIA DI INSEGNAMENTO :
CLASSE:
ELENA IOLI
FISICA E LABORATORIO
1C
RISULTATI DI APPRENDIMENTO IN TERMINI DI COMPETENZE
1) Formulare ipotesi, sperimentare e/o interpretare leggi fisiche, proporre e utilizzare modelli e
analogie per investigare su fenomeni e interpretare dati sperimentali.
2) Analizzare fenomeni fisici e applicazioni tecnologiche, riuscendo a individuare le grandezze
fisiche caratterizzanti e a proporre relazioni quantitative tra esse.
3) Spiegare le più comuni applicazioni della fisica nel campo tecnologico, con la consapevolezza
della reciproca influenza tra evoluzione tecnologica e ricerca scientifica, e collocando le scoperte
scientifiche e le innovazioni tecnologiche in una dimensione storico-culturale ed etica.
4) Risolvere problemi utilizzando il linguaggio algebrico e grafico, nonché il Sistema Internazionale
delle unità di misura.
5) Padroneggiare l’uso di strumenti tecnologici e di laboratorio in condizioni di sicurezza nei luoghi
di lavoro e di tutela del territorio e dell’ambiente.
6) Utilizzare gli strumenti e le reti informatiche nelle attività di studio e ricerca.
7) Coordinare attività mentali e procedimenti manuali.
8) Utilizzare procedure e tecniche per trovare soluzioni a problemi specifici dello studio della fisica.
9) Utilizzare gli strumenti culturali e metodologici per porsi con atteggiamento razionale, critico e
responsabile di fronte alla realtà, ai suoi fenomeni e ai suoi problemi.
10) Riconoscere i criteri scientifici di affidabilità delle conoscenze e delle conclusioni che vi
afferiscono.
11) Acquisire un linguaggio scientifico adeguato per esprimere le conoscenze apprese.
1° Trimestre
CONOSCENZE
1) Obiettivi della fisica – grandezze fisiche e
misura
- Metodo sperimentale. Concetto di misura
delle grandezze fisiche. Il Sistema
Internazionale di Unità: le grandezze fisiche
fondamentali e loro unità di misura.
- Intervallo di tempo, lunghezza, area, volume,
massa, densità.
-Equivalenze di aree, volumi e densità.
-Le caratteristiche degli strumenti di misura.
-Le incertezze in una misura.
- Gli errori nelle misure dirette e indirette.
- Le cifre significative.
- L’ordine di grandezza di un numero.
- La notazione scientifica.
ABILITÀ
- Comprendere il concetto di definizione
operativa di una grandezza fisica.
- Convertire la misura di una grandezza fisica da
un’unità di misura ad un’altra.
- Utilizzare multipli e sottomultipli di una unità.
- Effettuare misure.
-Riconoscere i diversi tipi di errore nella misura
di una grandezza fisica.
- Calcolare gli errori sulle misure effettuate.
- Esprimere il risultato di una misura con il
corretto uso di cifre significative.
- Valutare l’ordine di grandezza di una misura.
- Calcolare le incertezze nelle misure indirette.
- Valutare l’attendibilità dei risultati.
2) Strumenti matematici
- I grafici.
- La proporzionalità diretta e inversa.
- La proporzionalità quadratica diretta e
inversa.
- Lettura e interpretazione di formule e grafici.
- Le potenze di 10.
- Le equazioni e i principi di equivalenza.
- Formule inverse.
- Vettori e scalari.
- Operazioni vettoriali: somma (metodo
grafico, regola del parallelogramma, metodo
punta-coda), sottrazione, scomposizione lungo
direzioni assegnate, moltiplicazione per uno
scalare.
- Rappresentare graficamente le relazioni tra
grandezze fisiche.
- Leggere e interpretare formule e grafici.
-Conoscere e applicare le proprietà delle potenze.
- Operare con grandezze fisiche scalari e
vettoriali.
3) Le forze
- Concetto e definizione di forza.
- Forze di contatto e azione a distanza.
- Definizione statica del newton come unità di
misura della forza.
- Il dinamometro e la legge di Hooke.
- Forza elastica.
- Forza di attrito radente (statico e dinamico).
- La forza-peso e la massa.
- Usare correttamente gli strumenti e i metodi di
misura delle forze.
- Calcolare il valore della forza-peso,
determinare la forza di attrito al distacco e in
movimento.
- Utilizzare la legge di Hooke per il calcolo delle
forze elastiche.
4) L’equilibrio dei solidi
- I concetti di punto materiale e corpo rigido.
- L’equilibrio del punto materiale e l’equilibrio
su un piano inclinato.
- L’effetto di più forze su un corpo rigido.
- Il momento di una forza e di una coppia di
forze.
- Le leve (primo, secondo, terzo genere)
- Analizzare situazioni di equilibrio statico,
individuando le forze e i momenti applicati.
- Determinare le condizioni di equilibrio di un
corpo su un piano inclinato.
- Valutare l’effetto di più forze su un corpo.
- Individuare il baricentro di un corpo.
- Analizzare i casi di equilibrio stabile, instabile e
indifferente.
- Baricentro di un corpo rigido.
- Equilibrio stabile, instabile, indifferente.
2° Pentamestre
5) L’equilibrio dei fluidi
- Definizione di stato solido, liquido e gassoso.
- La pressione.
- La legge di Pascal e principio di
funzionamento del torchio idraulico.
- Legge di Stevino.
- Spinta di Archimede.
- Il galleggiamento dei corpi immersi in un
fluido.
- Pressione atmosferica e sua misurazione.
- Saper calcolare la pressione determinata
dall’applicazione di una forza e la pressione
esercitata dai liquidi.
- Applicare le leggi di Pascal, di Stevino e di
Archimede nello studio dell’equilibrio
dei fluidi.
- Analizzare le condizioni di galleggiamento dei
corpi.
- Comprendere il ruolo della pressione
atmosferica.
6) Moto rettilineo uniforme
- Il punto materiale in movimento e la
traiettoria.
- I sistemi di riferimento.
- Il moto rettilineo.
- La velocità media.
- Il moto rettilineo uniforme: legge oraria.
- I grafici spazio-tempo.
- Caratteristiche del moto rettilineo uniforme.
- Analisi di un moto attraverso grafici spaziotempo e velocità-tempo.
- Il significato della pendenza nei grafici
spazio-tempo.
- Utilizzare il sistema di riferimento nello studio
di un moto.
- Calcolare la velocità media, lo spazio percorso
e l’intervallo di tempo di un moto.
- Interpretare il significato del coefficiente
angolare di un grafico spazio-tempo.
- Conoscere le caratteristiche del moto rettilineo
uniforme.
- Interpretare correttamente i grafici spaziotempo e velocità-tempo relativi a un moto.
7) Moto uniformemente accelerato
- I concetti di velocità istantanea, accelerazione
media e accelerazione istantanea.
- Le caratteristiche del moto uniformemente
accelerato, con partenza da fermo.
- Il moto uniformemente accelerato con
velocità iniziale.
- Le leggi dello spazio e della velocità in
funzione del tempo.
- Costruzione e interpretazione dei grafici
cartesiani (tempo-posizione, tempo-velocità,
tempo-accelerazione).
- Interpretazione geometrica della distanza
percorsa in un moto vario.
- Accelerazione di gravità e moto naturalmente
accelerato.
- Calcolare i valori della velocità istantanea e
dell’accelerazione media di un corpo in moto.
- Interpretare i grafici spazio-tempo e velocitàtempo nel moto uniformemente accelerato.
- Calcolare la distanza percorsa da un corpo
utilizzando il grafico spazio-tempo.
- Calcolare l’accelerazione di un corpo
utilizzando un grafico velocità-tempo.
8)Moti curvilinei e gravitazione universale
- I vettori posizione, spostamento e velocità.
- Il moto circolare uniforme.
- Periodo, frequenza e velocità istantanea nel
- Applicare le conoscenze sulle grandezze
vettoriali ai moti nel piano.
- Calcolare le grandezze caratteristiche
del moto circolare uniforme.
moto circolare uniforme.
- L’accelerazione centripeta.
- La forza centripeta.
9) Principi della dinamica
- Il primo principio della dinamica.
- I sistemi di riferimento inerziali.
- Il secondo principio della dinamica.
- Unità di misura delle forze nel SI.
- Il concetto di massa inerziale e di massa
gravitazionale.
- Il terzo principio della dinamica.
- Analizzare il moto dei corpi quando la forza
risultante applicata è nulla.
- Riconoscere i sistemi di riferimento inerziali.
- Studiare il moto di un corpo sotto l’azione di
una forza costante.
- Applicare il terzo principio della dinamica.
- Proporre esempi di applicazione della legge di
Newton.
10) Le forze e il movimento – gravitazione
universale
- Il moto di caduta libera dei corpi.
- La differenza tra i concetti di peso e di massa.
- Il moto lungo un piano inclinato.
- Moto parabolico: tempo di volo e gittata nel
caso del lancio di un proiettile con velocità
iniziale obliqua o orizzontale.
- La legge di gravitazione universale.
- Analizzare il moto di caduta dei corpi.
- Distinguere tra peso e massa
di un corpo.
- Studiare il moto dei corpi lungo
un piano inclinato.
- Analizzare il moto dei proiettili con velocità
iniziali diverse.
- Esprimere e comprendere il significato della
legge di gravitazione universale.
11)Energia meccanica e sua conservazione,
quantità di moto
-La definizione di lavoro.
- La potenza.
- Il concetto di energia.
- L’energia cinetica e teorema dell’energia
cinetica.
- L’energia potenziale gravitazionale
e l’energia elastica.
- Il principio di conservazione dell’energia
meccanica.
- La conservazione dell’energia totale.
- La quantità di moto di un corpo.
- La legge di conservazione della quantità di
moto per un sistema isolato.
- Urti elastici e anelastici.
- L’impulso di una forza e il teorema
dell’impulso.
- Calcolare il lavoro compiuto da una forza.
- Calcolare la potenza.
- Ricavare l’energia cinetica di un corpo, anche
in relazione al lavoro svolto.
- Calcolare l’energia potenziale gravitazionale di
un corpo e l’energia potenziale elastica di un
sistema oscillante.
- Applicare il principio di conservazione
dell’energia meccanica.
- Calcolare la quantità di moto di un corpo e
l’impulso di una forza.
- Riconoscere e spiegare le leggi di
conservazione dell’energia e della quantità di
moto in varie situazioni della vita quotidiana.
- Applicare il teorema dell’impulso.
METODOLOGIE: STRATEGIE EDUCATIVE, STRUMENTI E TECNICHE DI LAVORO,
ATTIVITA’ DI LABORATORIO, ATTIVITA’ DI PROGETTO
La fisica si configura come una disciplina nuova (intesa come materia curricolare)ma in realtà
legata a doppio filo a discipline scientifiche come matematica, scienze e chimica. Si cercherà nelle
fasi iniziali di analizzare insieme agli studenti il programma preventivo e di presentare
estesamente le finalità della materia.
Domande dal posto sin dalle prime lezioni e discussioni in classe guidate dall’insegnante
serviranno a verificare il possesso dei pre-requisiti necessari e la disponibilità all’ascolto e allo
studio degli argomenti proposti.
L’analisi dei fenomeni, approfondita con il dibattito in classe ed effettuata sotto la guida
dell’insegnante, dovrà gradualmente e con continuità sviluppare negli allievi la capacità di
schematizzare fenomeni via via più complessi e di proporre modelli.
L’individuazione delle grandezze fisiche in gioco e la valutazione degli ordini di grandezza
saranno utili per creare un ulteriore collegamento con le conoscenze già acquisite nella scuola
secondaria di primo grado.
Inoltre la progettazione degli interventi didattici deve tener conto delle esigenze di coordinamento
con quelle delle altre discipline in particolare della matematica e della chimica.
Posto che la prassi dell’insegnamento della fisica si articolerà secondo 3 momenti fondamentali
(elaborazione teorica, realizzazione di esperimenti in laboratorio, applicazione dei contenuti a
problemi ed esercizi tematici), la metodologia didattico-educativa si servirà delle seguenti
strategie operative:
- metodo induttivo (dal particolare al generale, dai fatti ai principi);
- utilizzo del libro di testo anche in classe con lettura guidata e individuazione di
concetti e parole chiave;
- lezioni il più possibile interattive, semplici ma scientificamente rigorose: uso della LIM, del
videoproiettore, svolgimento di semplici esperimenti di laboratorio povero anche in classe,
per far vedere che la fisica è lo studio del mondo che ci circonda;
- proiezione di filmati video (P.S.S.C. e altri proposti dall’insegnante);
- utilizzo del laboratorio: realizzazione di esperimenti da parte del docente e degli allievi,
singolarmente o in gruppo, con strumentazione sia semplice che sofisticata a seconda degli
argomenti affrontati, con relativa elaborazione della relazione di laboratorio.
- applicazione dei contenuti acquisiti attraverso esercizi e problemi che non devono essere intesi
come un’automatica applicazione di formule, ma come occasioni per effettuare un’analisi critica
del fenomeno studiato e come strumento idoneo per educare gli allievi a giustificare logicamente le
varie fasi del progetto di risoluzione.
L’attività in laboratorio sarà condotta normalmente da piccoli gruppi di studenti sotto la guida degli
insegnanti teorico e tecnico-pratico mediante l’esecuzione di semplici misure, esperimenti e
attraverso la rappresentazione e l’elaborazione dei dati sperimentali che, in particolare devono
riguardare :
-valore medio, precisione di una misura ed errori
-Sistema Internazionale di misura (S.I.)
-posizione dei corpi nello spazio, sistemi di coordinate
-vettori, loro uso e composizione
-rappresentazione grafica di relazioni che caratterizzano alcuni semplici fenomeni
Con l’attività di laboratorio gli allievi devono :
-sviluppare la capacità di proporre semplici esperimenti atti a fornire risposte a problemi di natura
fisica
-imparare a descrivere, anche per mezzo di schemi, le apparecchiature e le procedure utilizzate e
aver sviluppato abilità operative connesse con l’uso degli strumenti
-acquisire flessibilità nell’affrontare situazioni impreviste di natura scientifica e/o tecnica
-imparare a osservare spontaneamente le più comuni norme antinfortunistiche.
Principali Esperienze Da Svolgere In Laboratorio
1) Obiettivi della fisica – grandezze fisiche – strumenti matematici
- Misure di lunghezza: portata e sensibilità dell’asta graduata.
- Misure ripetute di intervalli di tempo: valore medio ed errore massimo
- Determinazione del volume di un solido per via diretta e indiretta, con l’uso delle regole per la
propagazione delle incertezze.
2) Le forze
- Esperimento sugli allungamenti elastici: determinazione della costante elastica della molla
– Grafico sperimentale della relazione di proporzionalità diretta nel caso della legge di Hooke, con
scelta della scala sugli assi cartesiani e determinazione delle barre di errore
– Verifica sperimentale della regola del parallelogramma per la somma vettoriale delle forze
3) La statica
- Esperienze sulle leve
–Equilibrio di un corpo appoggiato su un piano inclinato
– Le macchine semplici: carrucola fissa e mobile
– Determinazione del baricentro di un corpo rigido per via sperimentale, nel caso di figure
irregolari/non omogenee.
4) Equilibrio dei fluidi
- Verifica sperimentale della legge di Archimede sulla spinta idrostatica
– Esperimenti sulla pressione atmosferica: “crepa-vesciche”, dilatazione del palloncino nella
campana sottovuoto
– Baroscopio
– Ebollizione dell’acqua a temperatura ambiente
5) Cinematica e dinamica
- Introduzione all’utilizzo della rotaia a cuscino d’aria
– Determinazione della velocità e della legge oraria nel moto rettilineo uniforme
– Determinazione della velocità istantanea, dell’accelerazione e della legge oraria nel moto
rettilineo uniformemente accelerato con partenza da fermo
– Determinazione sperimentale dell’accelerazione gravitazionale
– Verifica del secondo principio della dinamica: relazione fra forza e accelerazione e relazione fra
massa e accelerazione
– Studio del moto parabolico di una sfera d’acciaio in caduta su una guida di legno.
6) Energia e sua conservazione
- Conservazione dell’energia meccanica, con l’uso della rotaia a cuscino d’aria e/o tramite lo studio
dell’oscillazione di una molla.
- Verifica sperimentale del teorema dell’energia cinetica, con l’uso della rotaia a cuscino d’aria.
STRUMENTI E METODOLOGIE PER LA VALUTAZIONE DELLE CONOSCENZE E
DELLE ABILITÀ E PER IL GIUDIZIO DI COMPETENZA
Per quanto riguarda l’attività di verifica e di valutazione, si ritiene opportuno prestare particolare
attenzione alla valutazione di tipo formativo. In questo modo, infatti, gli errori commessi dagli
allievi durante il processo di apprendimento possono servire a modulare meglio l’attività didattica,
anche ai fini di interventi di recupero.
Saranno effettuate anche prove scritte composte prevalentemente da domande aperte e problemi
da impostare e risolvere. Significativa per la valutazione delle competenze sarà anche la redazione
di relazioni legate alle esperienze di laboratorio che prevedono allegati grafici, diagrammi, tabelle
espositive, con sviluppo ed analisi delle problematiche e dei dati ricavati, e applicazione delle
conoscenze teoriche e delle abilità a casi fisici concreti.
Si ritiene opportuno acquisire non meno di tre valutazioni per periodo in modo da potere avere un
quadro sufficientemente attendibile nell’ambito della attribuzione del voto globale.
Il giudizio di competenza sarà formulato tenendo conto:
- della partecipazione e dell’impegno/attenzione nel lavoro in classe;
- dell’impegno e regolarità nello studio, nell’esecuzione delle consegne e nel riordino degli
appunti;
- dei progressi conseguiti;
- degli elementi forniti dalle verifiche sommative orali e scritte e dalle verifiche formative
(controlli frequenti dei quaderni, risposte dal posto, ecc.) di teoria e di laboratorio.
- dell’elaborazione delle relazioni di laboratorio e della partecipazione alle attività
sperimentali.
ATTIVITÀ DI SUPPORTO ED INTEGRAZIONE. INIZIATIVE DI RECUPERO
Attività e iniziative di recupero verranno svolte in itinere durante l’intero anno scolastico, ogni
qualvolta si renderà necessario, a seguito di esiti negativi durante verifiche o interrogazioni,
riprendere e rispiegare concetti e temi fisici. Le iniziative di recupero sono dunque programmate in
modo armonico e costante durante tutto l’arco dell’anno scolastico, attraverso interventi continui
da parte dell’insegnante, allo scopo di coinvolgere, sia in fase di esposizione didattica, sia in fase di
verifica, gli allievi carenti, al fine di chiarire in modo sistematico e costante, le problematiche
incontrate.
L’attività didattica in classe e’ supportata dallo svolgimento di esperienze in laboratorio legate agli
argomenti teorici svolti. La frequentazione del laboratorio di fisica serve anche per rivedere
attraverso una modalità alternativa concetti e modelli introdotti da un punto di vista teorico,
applicandoli a situazioni concrete e a casi fisici reali.
Il metodo sperimentale e la teoria della misura devono rappresentare un riferimento costante
durante tutto il corso e saranno affrontati contestualmente ai problemi fisici concreti, come naturale
conseguenza dell’attività teorica.
L’attività di laboratorio, infatti, è da ritenersi fondamentale per l’educazione al saper operare.
Nel quadro di riferimento delle scienze integrate (fisica, chimica e scienze), sono previste attività
di laboratorio che realizzino esempi di integrazione (per esempio, determinazione della densità di
rocce presenti sulla crosta terrestre, ecc.). Infatti l’attività sperimentale svolge un ruolo centrale per
l’apprendimento della fisica e delle discipline naturali, in quanto consente allo studente di essere
protagonista attivo, in collaborazione coi compagni, del suo avanzamento culturale, e si presta ad
applicare conoscenze e sviluppare competenze trasversali.