LICEO SCIENTIFICO e
LICEO SCIENTIFICO OPZIONE SCIENZE APPLICATE FISICA – SECONDO BIENNIO
Nel secondo biennio “il percorso didattico darà maggior rilievo all’impianto teorico (le leggi della fisica) e alla sintesi formale (strumenti e modelli matematici), con l’obiettivo di formulare e risolvere problemi più impegnativi, tratti anche dall’esperienza quotidiana, sottolineando la natura quantitativa e predittiva delle leggi fisiche. Inoltre, l’attività sperimentale consentirà allo studente di discutere e costruire concetti, progettare e condurre osservazioni e misure, confrontare esperimenti e teorie.
Saranno riprese le leggi del moto, affiancandole alla discussione dei sistemi di riferimento inerziali e non inerziali e del principio di relatività di Galilei.
L’approfondimento del principio di conservazione dell’energia meccanica, applicato anche al moto dei fluidi e l’affronto degli altri principi di conservazione, permetteranno allo studente di rileggere i fenomeni meccanici mediante grandezze diverse e di estenderne lo studio ai sistemi di corpi. Con lo studio della gravitazione, dalle leggi di Keplero alla sintesi newtoniana, lo studente approfondirà, anche in rapporto con la storia e la filosofia, il dibattito del XVI e XVII secolo sui sistemi cosmologici.
Si completerà lo studio dei fenomeni termici con le leggi dei gas, familiarizzando con la semplificazione concettuale del gas perfetto e con la relativa teoria cinetica; lo studente potrà così vedere come il paradigma newtoniano sia in grado di connettere l’ambito microscopico a quello macroscopico. Lo studio dei principi della termodinamica permetterà allo studente di generalizzare la legge di conservazione dell’energia e di comprendere i limiti intrinseci alle trasformazioni tra forme di energia, anche nelle loro implicazioni tecnologiche, in termini quantitativi e matematicamente formalizzati.
Si inizierà lo studio dei fenomeni ondulatori con le onde meccaniche, introducendone le grandezze caratteristiche e la formalizzazione matematica; si esamineranno i fenomeni relativi alla loro propagazione con particolare attenzione alla sovrapposizione, interferenza e diffrazione. In questo contesto lo studente familiarizzerà con il suono (come esempio di onda meccanica particolarmente significativa) e completerà lo studio della luce con quei fenomeni che ne evidenziano la natura ondulatoria.
Lo studio dei fenomeni elettrici e magnetici permetterà allo studente di esaminare criticamente il concetto di interazione a distanza, già incontrato con la legge di gravitazione universale, e di arrivare al suo superamento mediante l’introduzione di interazioni mediate dal campo elettrico, del quale si darà anche una descrizione in termini di energia e potenziale, e dal campo magnetico.1”
CLASSE TERZA
ARGOMENTO Conoscenze Abilità
Laboratorio • Saranno svolte almeno 3 esperienze di laboratorio:
- Analisi di particolari moti;
- Conservazione quantità di moto e momento angolare;
- Calorimetro delle mescolanze;
- Analisi forme di propagazione del calore.
• Utilizzare gli strumenti di misura.
• Riconoscere i diversi tipi di errore nella misura di una grandezza fisica.
• Esprimere il risultato di una misura con il corretto numero di cifre significative.
• Calcolare l’errore nelle misure indirette.
• Valutare l’ordine di grandezza.
• Usare la notazione scientifica.
Vettori • Le grandezze scalari e grandezze vettoriali
• Le operazioni con i vettori: somma
• Distinguere le grandezze scalari da quelle vettoriali.
• Eseguire la somma di vettori con il metodo
1 Indicazioni nazionali … di cui all’art. 10 comma 3, DPR n.89 del 15/03/2010
(metodo punta-coda e del parallelogramma), sottrazione, moltiplicazione, scomposizione e proiezione.
• Elementi di trigonometria: seno, coseno e tangente di un angolo.
• Rappresentazione cartesiana dei vettori e delle loro operazioni.
• Il prodotto scalare e il prodotto vettoriale.
punta-coda e con il metodo del parallelogramma.
• Eseguire la sottrazione di due vettori e la moltiplicazione di un vettore per
un numero.
• Eseguire la scomposizione di un vettore lungo due direzioni assegnate e proiettare un vettore lungo una direzione.
• Eseguire il prodotto scalare e quello vettoriale di due vettori.
• Saper scomporre un vettore nelle sue
componenti cartesiane, con l’utilizzo dei versori.
• Saper effettuare le operazioni tutte le precedenti con vettori dati in coordinate cartesiane.
Cinematica • Definizione operativa di spazio e tempo
• Il sistema internazionale di misura
• L’analisi dimensionale.
• I concetti di punto materiale, traiettoria, sistema di riferimento.
• La velocità media e la velocità istantanea.
• L’accelerazione media e l’accelerazione istantanea.
• Il moto rettilineo.
• Il moto di caduta libera dei corpi.
• Principio di indipendenza dei moti
• Il moto parabolico
• Frequenza, periodo e velocità angolare
• Il moto circolare.
• Il moto armonico
• Comprendere il concetto di definizione operativa di una grandezza fisica.
• Convertire la misura di una grandezza fisica da un’unità di misura a un’altra.
• Utilizzare multipli e sottomultipli di un’unità.
• Effettuare calcoli dimensionali.
• Riconoscere il sistema di riferimento associato a un moto.
• Calcolare la velocità media, lo spazio percorso, l’intervallo di tempo in un moto.
• Interpretare il coefficiente angolare del grafico spazio-tempo.
• Calcolare la velocità istantanea, l’accelerazione media.
• Interpretare i grafici spazio-tempo e velocità- tempo nel moto uniformemente accelerato.
• Calcolare l’accelerazione da un grafico spazio- tempo.
• Ricavare lo spazio percorso da un grafico spazio-tempo.
• Utilizzare le equazioni del moto uniformemente accelerato per descrivere il moto di caduta libera.
• Saper calcolare lo spostamento subito da un corpo quando il moto avviene in
due dimensioni.
• Saper applicare il principio di composizione dei moti e la legge di composizione delle velocità.
• Interpretare il moto dei proiettili con il principio di composizione
dei moti.
• Saper calcolare altezza massima, tempo di volo e gittata nel moto di un proiettile lanciato anche in direzione obliqua.
• Calcolare le grandezze caratteristiche del moto circolare uniforme.
• Riconoscere e calcolare le grandezze significative del moto armonico.
• Applicare la legge oraria del moto armonico.
Cinematica relativistica
• Eventi e osservatori.
• Il principio di relatività di Galilei
• L’invarianza della velocità della luce
• L’unità dello spazio-tempo
• Linee universo (traiettorie nello spazio- tempo)
• Osservatori relativistici a velocità costante
• Comprendere il concetto di evento e la sua caratteristica di invarianza.
• Distinguere fra grandezze invarianti e grandezze costanti.
• Rappresentare fenomeni ed eventi di cinematica in una mappa spazio-tempo.
• Convertire le misure di spazio tempo dal S.I. alle unità naturali.
• L’invarianza del quadrivettore s-t
• Leggi di trasformazione dello spazio, del tempo e della velocità
• Conoscere il valore della velocità della luce
• Trasformare le misure di spazio, tempo e velocità di un Osservatore, nelle misure di un altro Osservatore, in MRU rispetto al primo.
• I princìpi
della dinamica
• Interazione vs Forza: il terzo principio della dinamica.
• Il carattere vettoriale delle forze.
• Il primo principio della dinamica.
• I sistemi di riferimento inerziali.
• Il secondo principio della dinamica.
• La massa inerziale di un corpo.
• Saper riconoscere le diverse interazioni implicate in un fenomeno.
• Riconoscere il ruolo delle forze nel cambiamento di velocità dei corpi.
• Applicare il primo principio della dinamica.
• Riconoscere i sistemi di riferimento inerziali.
• Applicare il secondo principio della dinamica, ricorrendo anche alle componenti cartesiane di forza e accelerazione.
• Applicare il terzo principio della dinamica.
• Saper rappresentare le interazioni, presenti in un fenomeno, mediante coppie di forze Applicazioni
dei princìpi della dinamica
• La forza peso vs forza di gravità
• La massa gravitazionale
• Il centro di massa (baricentro) di un corpo.
• Il centro di massa di un sistema, formato da n particelle.
• Le forze di attrito statico e di attrito dinamico.
• Le forze di tensione.
• Il concetto di equilibrio.
• Le condizioni di equilibrio in due dimensioni.
• La forza centripeta.
• La forza elastica.
• La legge di Hooke.
• La legge dell’isocronismo del pendolo.
• Forze apparenti
• Distinguere i concetti di massa gravitazionale e massa inerziale
• Distinguere fra peso e massa di un corpo.
• Individuare la posizione del centro di massa di particelle, in una o due dimensioni.
• Individuare la posizione del centro di massa di un corpo esteso.
• Riconoscere la presenza di forze apparenti nei sistemi di riferimento non inerziali.
• Saper determinare le forze apparenti.
• Riconoscere il baricentro come punto di applicazione della forza peso.
• Saper determinare le forze di attrito statico e di attrito dinamico.
• Risolvere i problemi del moto in presenza di attrito.
• Saper calcolare la tensione di una fune.
• Determinare le condizioni di equilibrio nelle diverse situazioni, anche in presenza di attrito.
• Distinguere la forza centripeta dalla forza centrifuga.
• Saper applicare la legge di Hooke.
• Risolvere problemi sul moto in piani inclinati (con o senza attrito), sul moto armonico e sul moto del pendolo.
Lavoro ed energia
• Il concetto di energia come proprietà estensiva e funzione di stato.
• Definizione di lavoro per una forza costante e per una forza variabile.
• Interpretazione del lavoro come flusso di energia
• L’energia cinetica e la relazione tra variazione di energia cinetica e lavoro.
• L’energia potenziale gravitazionale (approssimazione alla superficie terrestre)
• L’energia potenziale elastica.
• Le forze conservative e le forze dissipative.
• La conservazione dell’energia meccanica totale in presenza di forze conservative.
• Il principio di conservazione dell’energia.
• La potenza.
• Calcolare il lavoro fatto da una forza costante, in funzione dell’angolo tra la direzione della forza e quella dello spostamento.
• Saper applicare il teorema dell’energia cinetica.
• Calcolare l’energia potenziale gravitazionale di un corpo.
• Determinare il lavoro svolto da forze conservative e non conservative.
• Riconoscere che, in presenza di forze non conservative, l’energia meccanica non si conserva.
• Calcolare la potenza.
• Calcolare il lavoro compiuto da una forza variabile.
• Calcolare l’energia potenziale elastica.
• Applicare il principio di conservazione dell’energia
• Saper riconoscere le reazioni chimiche esotermiche ed endotermiche
• Energia di legame ed interpretazione energetica delle reazioni chimiche(^) Impulso e
quantità di moto
• La quantità di moto di un corpo.
• La seconda legge della dinamica in termini di quantità di moto.
• L’impulso di una forza.
• La relazione tra quantità di moto e impulso.
• La legge di conservazione della quantità di moto
in un sistema isolato.
• Urti elastici e anelastici in una e in due dimensioni.
• La velocità del centro di massa.
• Il moto del centro di massa di un sistema isolato e di un sistema non isolato.
• Calcolare l’impulso di una forza.
• Calcolare la quantità di moto di un corpo.
• Applicare il teorema dell’impulso.
• Applicare la legge di conservazione della quantità di moto.
• Saper distinguere tra urti elastici e urti anelastici.
• Analizzare casi di urti in una dimensione e in due dimensioni.
• Saper utilizzare, nella risoluzione dei problemi sulla quantità di moto, il carattere vettoriale della grandezza in questione.
• Analizzare il moto del centro di massa di sistemi isolati e non isolati.
Cinematica e dinamica rotazionale
• Il concetto di corpo rigido.
• La velocità spostamento angolare e l’accelerazione angolare.
• Relazioni tra grandezze angolari e tangenziali.
• La definizione, come prodotto vettoriale, di momento di una forza e di una coppia di forze.
• Le condizioni di equilibrio di un corpo rigido.
• La definizione di momento angolare.
• La legge di conservazione del momento angolare.
• La definizione di momento d’inerzia di un corpo rigido.
• Il secondo principio della dinamica per un corpo in rotazione.
• L’energia cinetica rotazionale.
• Saper applicare le relazioni tra le grandezze angolari e quelle tangenziali.
• Calcolare il momento delle forze e delle coppie di forze, applicate a un corpo rigido.
• Determinare le condizioni di equilibrio di un corpo.
• Calcolare il momento d’inerzia di un corpo rigido.
• Applicare il secondo principio della dinamica a corpi in rotazione.
• Calcolare l’energia cinetica di rotazione.
• Determinare il momento angolare di un corpo rigido.
• Applicare la legge di conservazione del momento angolare.
La
gravitazione
• Le tre leggi di Keplero
• La legge di gravitazione universale.
• dal P. di C. del momento angolare alla II L. di K. e dalla L. di gravitazione
universale alla III L d K
• Il principio di equivalenza tra massa gravitazionale e massa inerziale.
• Il moto dei satelliti in orbita circolare ed in orbita ellittica.
• Le forze mareali (^)
• Il lavoro della forza gravitazionale e l’energia potenziale gravitazionale.
• La velocità di fuga.
• Utilizzare le leggi di Keplero nello studio del moto dei corpi celesti.
• Applicare la legge di gravitazione di Newton.
• Comprendere la distinzione tra massa e peso.
• Analizzare il moto dei satelliti.
• Calcolare la velocità di un satellite che descrive orbite circolari e quella di un satellite che descrive orbite ellittiche.
• Descrivere una situazione di assenza apparente di gravità.
• Analizzare le caratteristiche del campo gravitazionale.
• Applicare il principio di conservazione dell’energia nell’analisi di moti in campi gravitazionali.
• Determinare la velocità di fuga da un pianeta.
I fluidi • Il concetto di pressione.
• Pressione e densità in un fluido statico.
• L’equazione di continuità.
• Il Teorema di Bernoulli (TdB).
• Conseguenze del TdB:
- La legge di Stevino.
- Il principio di Pascal - Il teorema di Torricelli.
• Il principio di Archimede e il galleggiamento dei corpi.
• Calcolare la densità di un fluido.
• Calcolare la pressione nei fluidi.
• Applicare la legge di Stevino.
• Calcolare la pressione atmosferica.
• Riconoscere gli strumenti di misura della pressione atmosferica.
• Applicare il principio di Pascal e il principio di Archimede.
• Analizzare le condizioni di galleggiamento dei corpi.
• Il concetto di flusso viscoso e il
coefficiente di viscosità. • Descrivere il movimento dei fluidi mediante le linee di flusso.
• Applicare l’equazione di continuità.
• Applicare l’equazione di Bernoulli.
• Calcolare la velocità di efflusso.
Temperatura e calore
• Definizione operativa di temperatura
• Le scale di temperatura.
• La dilatazione termica lineare e volumica dei corpi.
• Il Calore come flusso di energia.
• Il calorimetro.
• L’equivalente meccanico della caloria.
• L’energia interna.
• Capacità termica e calore specifico di una sostanza.
• I cambiamenti di stato.
• Il calore latente associato ad una trasformazione di stato
• Curva di vaporizzazione e curva di fusione.
• L’umidità.(^)
• La conduzione. Legge di Fourier
• La convezione e l’irraggiamento.
• La legge di Stefan-Boltzmann.
• Riconoscere e utilizzare le diverse scale di temperatura.
• Calcolare le dilatazioni lineari e volumiche di solidi e liquidi, sottoposti a riscaldamento.
• Distinguere tra capacità termica di un corpo e calore specifico di una sostanza.
• Applicare l’equazione fondamentale della calorimetria.
• Utilizzare il calorimetro per il calcolo dei calori specifici delle sostanze.
• Interpretare il concetto di calore latente.
• Calcolare l’energia necessaria per ottenere i diversi cambiamenti di stato.
• Analizzare un diagramma di fase.
• Saper distinguere un vapore da un gas
• Calcolare l’umidità relativa.(^)
• Mettere in relazione alcuni fenomeni naturali con le conoscenze relative ai cambiamenti di stato.
• Distinguere i diversi meccanismi di trasmissione dell’energia.
• Applicare la legge di Stefan-Boltzmann.
Le leggi dei gas ideali e la teoria cinetica
• Il numero di Avogadro.
• L’unità di massa atomica e la massa molecolare, la mole.
• Gas reali e gas perfetti
• Il gas perfetto e la temperatura assoluta.
• L’equazione di stato di un gas perfetto (EdS)
• Casi particolari di applicazione dell’ EdS - La legge di Boyle.
- Le leggi di Gay-Lussac.
• La costante di Boltzmann.
• La teoria cinetica dei gas.
• La velocità quadratica media.
• La distribuzione delle velocità molecolari.
• L’energia interna di un gas perfetto monoatomico.
• Il teorema di equipartizione dell’energia
• La diffusione.
• Il cammino libero medio.(^)
• Calcolare i valori di mole, massa molecolare di una sostanza e massa di una particella.
• Saper utilizzare l’equazione di stato dei gas.
• Applicare la legge di Boyle e le leggi di Gay- Lussac.
• Interpretare la pressione esercitata da un gas in funzione degli urti tra le molecole del gas e le pareti del contenitore.
• Mettere in relazione la temperatura assoluta e l’energia cinetica media delle molecole di un gas.
• Calcolare la velocità quadratica media delle molecole e analizzare la distribuzione delle velocità.
• Distinguere tra i calori specifici, a pressione e a volume costante, di un gas e saperli calcolare.
• Applicare il teorema di equipartizione dell’energia.
• Calcolare l’energia interna di un gas perfetto monoatomico.
• Interpretare il fenomeno della diffusione.
• Calcolare il cammino libero medio.(^)
La
Termodinami ca
• Concetto di sistema termodinamico.
• Il microstato ed il macrostato di un sistema termodinamico.
• L’equilibrio termico.
• Il principio zero della termodinamica.
• Il primo principio della termodinamica e il suo significato.
• Le trasformazioni termodinamiche.
• Il lavoro termodinamico.
• Il lavoro compiuto nelle trasformazioni isoterme, adiabatiche, isobare e isocore di un gas perfetto.
• Applicare il primo principio della termodinamica alle trasformazioni quasi-statiche.
• Calcolare il lavoro svolto nelle trasformazioni termodinamiche.
• Calcolare il rendimento di una macchina termica.
• Riconoscere l’equivalenza dei diversi enunciati del secondo principio.
• Calcolare il coefficiente di prestazione di macchine frigorifere, condizionatori e pompe di calore.
• Calcolare la variazione di entropia nelle
• I calori specifici di un gas perfetto.
• Il concetto di macchina termica.
• Il rendimento di una macchina termica.
• Il secondo principio della termodinamica negli enunciati di Kelvin e di Clausius
• Le trasformazioni reversibili.
• Il teorema di Carnot.
• La macchina di Carnot e il suo rendimento.
• Il principio di funzionamento e il coefficiente di prestazione di frigoriferi, condizionatori e pompe di calore.
• L’entropia di un sistema termodinamico.
• Il secondo principio della termodinamica in termini di entropia.
• La legge di Boltzman e l’interpretazione dell’Entropia come misura del disordine.
• Il terzo principio della termodinamica e l’Entropia assoluta.
• Entropia ed Informazione, applicazioni alla legge di Boltzmann.(^)
• L’energia non utilizzabile.
trasformazioni termodinamiche.
• Saper determinare se una reazione chimica è spontanea o no.
• Utilizzare la legge di Boltzmann in alcuni casi utilizzando il calcolo combinatorio. (^)
• Interpretare in termini di entropia i processi di diffusione.
(^) Gli argomenti sono facoltativi.
CLASSE QUARTA
ARGOMENTO Conoscenze Abilità
Laboratorio
Saranno svolte almeno 3 esperienze di laboratorio:
- misurare l’indice di rifrazione di sostanze solide o liquide
- foglio elettronico: analisi battimenti e di particolari somme di onde armoniche.
- Costruire circuiti con resistori e/o condensatori in serie o parallelo.
- Circuito RC
- Costruzione elettrocalamita
• Utilizzare gli strumenti di misura per misurare tensioni elettriche, resistenze ed intensità di corrente.
• Riconoscere i diversi tipi di errore nella misura di una grandezza fisica. Saper determinare l’errore nelle misure indirette.
• Esprimere il risultato di una misura con il corretto numero di cifre significative. Saper utilizzare ordine di grandezza e la notazione scientifica.
• Saper analizzare i grafici realizzati mediante l’utilizzo di sensori
Le onde • La propagazione di un’onda
• Onde longitudinali ed onde trasversali.
• La descrizione matematica di un’onda:
funzione d’onda, forma d’onda.
• La descrizione geometrica di un’onda:
fronti d’onda e raggi.
• Il principio di Huygens.
• Riflessione e rifrazione di onde unidimensionali e bidimensionali.
• Il fenomeno della riflessione totale e l’angolo limite.
• Velocità di un’onda trasversale su corda.
• Le onde armoniche: lunghezza d’onda, periodo, frequenza e velocità di propagazione.
• Descrizione fisica e matematica della risonanza.
• Energia, potenza ed intensità di
• Distinguere tra onde longitudinali e trasversali.
• Determinare lunghezza d’onda, periodo,
frequenza e velocità di propagazione di un’onda.
• Utilizzare l’equazione matematica di un’onda periodica.
• Applicare la legge di Snell.
• Calcolare la profondità apparente di un oggetto.
• Calcolare l’angolo limite nella riflessione totale.
• Calcolare velocità e frequenza del suono nelle applicazioni dell’effetto Doppler.
• Applicare il principio di sovrapposizione.
• Applicare le condizioni di interferenza costruttiva e distruttiva.
• Riconoscere le zone di interferenza costruttiva e distruttiva.
• Saper applicare le condizioni di diffrazione da una fenditura singola.
• Calcolare le posizioni dei massimi principali formati da un reticolo
un’onda.
• L’effetto Doppler per le onde meccaniche e per le onde elettromagnetiche.
• Il principio di sovrapposizione ed alcune sue applicazioni:
- onde stazionarie, - battimenti, - onde d’urto.
• Il teorema di Fourier ed analisi spettrale di onde periodiche e di pacchetti d’onda
• Le caratteristiche del suono: altezza, timbro e livello sonoro.
• Interferenza costruttiva e distruttiva delle onde ed analisi dell’interferenza da due fenditure.
• La Diffrazione ed alcune sue applicazioni:
- il potere risolutivo di uno strumento ottico (il criterio di Rayleigh);
- il reticolo di diffrazione.
• La polarizzazione
di diffrazione.
• Calcolare la frequenza di battimento.
• Calcolare la frequenza dei modi fondamentali e delle armoniche nelle onde stazionarie.
•
•
Elementi di Ottica geometrica
• Gli specchi piani, sferici concavi e convessi: immagine reale e virtuale, il fuoco, l’asse ottico e i raggi parassiali.
• Il diagramma dei raggi per la costruzione delle immagini.
• L’equazione dei punti coniugati per gli specchi sferici.
• L’ingrandimento.
• Le lenti convergenti e divergenti.
• Il diagramma dei raggi e la costruzione delle immagini prodotte nel caso delle lenti.
• L’equazione delle lenti sottili.
• L’ingrandimento lineare ed il potere diottrico di una lente.
• La dispersione della luce.
• L’ingrandimento angolare delle lenti e degli strumenti ottici.
• L’occhio e la visione.(^)
• Applicare le leggi della riflessione nella formazione delle immagini.
• Distinguere i diversi tipi di specchi e conoscerne le caratteristiche.
• Distinguere le immagini reali da quelle virtuali.
• Individuare la posizione del fuoco di uno specchio concavo e di uno specchio convesso.
• Determinare graficamente l’immagine prodotta da uno specchio.
• Applicare correttamente l’equazione dei punti coniugati.
• Calcolare l’ingrandimento prodotto da uno specchio.
• Distinguere i vari tipi di lente e le loro proprietà.
• Applicare l’equazione delle lenti sottili.
• Calcolare l’ingrandimento lineare prodotto dalle lenti.
• Calcolare il potere diottrico di una lente.
• Comprendere il meccanismo della visione.
• Calcolare l’ingrandimento angolare di una lente e degli strumenti ottici.
• Comprendere le caratteristiche di uno strumento ottico.
• Distinguere i vari tipi di aberrazione.(^) Forze
elettriche e campi elettrici
• Fenomenologia dell’interazione elettrica.
• Il concetto di carica elettrica:
- proprietà dei corpi dotati di massa - esistenza di due tipi di carica elettrica - quantizzazione della carica elettrica - principio di conservazione della carica
elettrica.
- principio di invarianza della carica elettrica.
• I materiali conduttori e gli isolanti.
• Induzione elettrostatica.
• La legge di Coulomb.
• Il principio di sovrapposizione.
• Dipoli elettrici e polarizzazione dei
• Interpretare l’origine dell’elettricità a livello microscopico.
• Saper distinguere i metodi di elettrizzazione.
• Saper mettere a confronto elettrizzazione e polarizzazione.
• Saper confrontare le caratteristiche dell’interazione elettrica con quelle dell’interazione gravitazionale.
• Determinare la forza che agisce tra corpi carichi, applicando
la legge di Coulomb e il principio di sovrapposizione.
• Definire il campo elettrico, applicando anche il principio di sovrapposizione.
• Rappresentare e interpretare un campo elettrico
materiali.
• La descrizione delle interazioni mediante il concetto di campo:
l’interazione elettrica e l’interazione gravitazionale.
• Il campo elettrico ed il campo gravitazionale: definizione e
descrizione mediante linee di flusso.
• Il teorema di Gauss per il campo elettrico e per il campo gravitazionale.
• Campi elettrici di particolari disposizioni di cariche: di una carica puntiforme, di un filo, di una lastra, di un
condensatore piano, di una sfera cava e di una sfera piena.
• Il campo elettrico all’interno di un conduttore.
• L’esperimento di Millikan con cariche ferme e/o con cariche in movimento.
attraverso le linee di forza.
• Utilizzare il teorema di Gauss per calcolare il campo elettrico in alcune situazioni.
• Descrivere l’esperimento di Millikan: dalla velocità di regime alla carica elettrica.
Energia potenziale elettrica e potenziale elettrico
• Conservatività della forza elettrica e del campo elettrico.
• Energia potenziale di due cariche puntiformi e di un sistema di cariche.
• Il potenziale elettrico.
• Relazione fra campo vettoriale
conservativo e definizione di un campo scalare ad esso associato: relazione fra FE ed EPE e fra E e V.
• Descrizione di un campo elettrico mediante le superfici equipotenziali.
• Il potenziale elettrico associato ad una carica puntiforme, ad un conduttore carico, ad un condensatore.
• Il concetto di capacità di un conduttore e di un sistema di conduttori.
• Capacità di un condensatore a facce piane e parallele
• La costante dielettrica relativa e la descrizione dell’interazione elettrica nella materia.
• L’energia immagazzinata nei condensatori.
• La densità di energia associata ad un campo elettrico.
• Il moto di cariche elettriche in un campo elettrico.
• L’esperimento di Thomson.
• La circuitazione di un campo vettoriale e di un campo elettrico.
• Confrontare l’energia potenziale elettrica e meccanica.
• Calcolare il potenziale elettrico determinato da una o più cariche.
• Individuare il movimento delle cariche in funzione del valore
del potenziale.
• Applicare al campo elettrico il significato della circuitazione
di un campo vettoriale.
• Conoscere il ruolo della materia nel determinare la forza di Coulomb.
• Calcolare la capacità di un condensatore a facce piane e parallele.
• Calcolare l’energia immagazzinata in un condensatore.
• Descrivere l’esperimento di Thomson per la misura del rapporto
e/m dell’elettrone.
Circuiti elettrici
• La corrente elettrica e la definizione dell’ampere.
• Corrente continua, alternata e corrente convenzionale.
• Il circuito elettrico.
• Differenza di potenziale e forza elettromotrice.
• La prima legge di Ohm e la resistenza elettrica.
• La seconda legge di Ohm e la resistività.
• Dipendenza della resistività dalla
• Distinguere tra verso reale e verso convenzionale della corrente.
• Applicare le due leggi di Ohm nella risoluzione dei circuiti elettrici.
• Calcolare la potenza dissipata su un resistore.
• Distinguere le connessioni dei conduttori in serie da quelle in parallelo.
• Calcolare la resistenza equivalente di resistori connessi in serie e in parallelo.
• Applicare le leggi dei nodi e delle maglie nella risoluzione dei circuiti.
• Riconoscere le caratteristiche degli strumenti di
temperatura.
• Generatori elettrici: la resistenza interna e la tensione effettiva.
• La potenza elettrica sviluppata da un generatore elettrico e la potenza elettrica dissipata su un resistore.
• Connessioni in serie e in parallelo di resistori, condensatori e di generatori di tensione.
• Dai principi di conservazione alle leggi di Kirchhoff.
• Strumenti di misura di corrente e differenza di potenziale: caratteristiche ed uso..
• I circuiti RC.
• Carica e scarica di un condensatore.
• L’elettrolisi e le leggi di Faraday.(^)
• Trasformazioni relativistiche del campo elettrico.(^)
misura.
• Calcolare la capacità equivalente di condensatori connessi in serie
e in parallelo.
• Descrivere il processo di carica e scarica di un condensatore.
• Applicare le leggi di Faraday per calcolare la massa liberata in un processo elettrolitico.(^)
Interazioni magnetiche e campi
magnetici
• Fenomenologia dell’interazione magnetica.
• L’interazione magnetica come effetto relativistico su cariche in movimento (^)
• Il campo magnetico: definizione operativa e caratteristiche.
• La forza di Lorentz.
• La regola della mano destra.
• Il moto di una carica in un campo elettrico e in un campo magnetico: il ciclotrone, il selettore di velocità, lo spettrometro di massa.
• L’effetto Hall.
• Leggi di Laplace (^)
• La forza magnetica su un filo percorso da corrente e tra fili percorsi da corrente.
• Il momento torcente su una spira percorsa da corrente.
• Il motore elettrico.
• Campi magnetici generati da particolari disposizioni di corrente: filo, piano, solenoide, avvolgimento toroidale.
• La seconda regola della mano destra.
• La legge di Biot-Savart.
• Le definizioni operative di ampere e coulomb.
• La risonanza magnetica.(^)
• Il flusso del campo magnetico.
• Il teorema di Gauss.
• La circuitazione del campo magnetico.
• Il teorema di Ampère.
• Cenni sul magnetismo nella materia.
• Saper mettere a confronto campo magnetico e campo elettrico.
• Rappresentare le linee di forza del campo magnetico.
• Determinare intensità, direzione e verso della forza di Lorentz.
• Descrivere il moto di una particella carica all’interno di un campo magnetico.
• Determinare il segno dei portatori di carica.
• Saper applicare la regola della mano destra.
• Saper applicare le leggi di Laplace
• Calcolare la forza magnetica su un filo percorso da corrente, tra fili percorsi da corrente e il momento torcente su una spira percorsa da corrente.
• Descrivere il funzionamento di un motore elettrico.
• Determinare tutte le caratteristiche del campo vettoriale generato da fili, spire e solenoidi percorsi da corrente.
• Calcolare la circuitazione di un campo magnetico con il teorema
di Ampère.
• Interpretare a livello microscopico le differenze tra i diversi materiali magnetici.
(^) Gli argomenti sono facoltativi.
Valutazione
La valutazione è parte integrante della programmazione didattica in quanto fornisce i dati per guidare e migliorare il processo di insegnamento-apprendimento; i parametri disciplinari su cui essa si basa sono: conoscenza dei contenuti affrontati, capacità di analisi di un fenomeno fisico e coerenza nella scelta del modello, competenza nell’
analizzare e costruire grafici, ordine e chiarezza concettuale nell’esporre gli aspetti teorici, correttezza nell’applicazione delle procedure risolutive e completezza delle soluzioni, capacità di sintesi e corretto utilizzo del linguaggio specifico. Lo studente inoltre deve saper condurre un esperimento in gruppo e realizzare una relazione di laboratorio.
Si eseguiranno almeno due verifiche scritte per quadrimestre con esercizi e problemi e almeno un colloquio, dove si chiederanno sia aspetti teorici che quelli applicativi. Nella valutazione confluirà anche l’interesse e la partecipazione alle lezioni e alle attività di laboratorio, l’impegno nello studio ed il regolare svolgimento dei compiti assegnati per casa.
Il voto dello scrutinio è unico e lungi dall’essere una media aritmetica delle valutazioni parziali, terrà conto in maniera ponderale delle varie risultanze, dell’impegno e della partecipazione nonché del processo di apprendimento nel suo divenire.
La valutazione delle prove scritte è generalmente ottenuta con un procedimento a due fasi:
1. l'attribuzione di un punteggio sulla base di una tabella analitica delle soluzioni degli esercizi proposti che tiene conto essenzialmente delle difficoltà cognitive e della tipologia degli errori;
2. l'attribuzione del voto a ciascun studente in base al punteggio ottenuto tenendo conto anche dei risultati complessivi della classe.
GRIGLIA DI VALUTAZIONE
Voto
Lo studente dimostra di avere conoscenze frammentarie e lacunose e/o commette gravi errori; presenta difficoltà a completare le applicazioni di base o denota scarsa coerenza nel descrivere i vari fenomeni fisici; commette errori nell'applicazioni delle proprietà matematiche e/o non utilizza correttamente i vari termini scientifici.
1 - 2 - 3
Lo studente dimostra di avere conoscenze superficiali ed incomplete e commette molti errori; presenta difficoltà a completare alcune applicazioni di base e/o sa descrivere solo alcuni fenomeni fisici; fa confusione nell'applicazione di qualche proprietà matematica e/o nell’utilizzo della terminologia scientifica.
4
Lo studente dimostra di possedere conoscenze parziali e/o commette qualche errore nelle applicazioni standard; denota difficoltà a completare gli esercizi e/o a condurre autonomamente la descrizione di un fenomeno fisico; evidenzia incertezze nell'applicazione di alcune proprietà matematiche e/o nell’utilizzo del linguaggio scientifico.
5
Lo studente dimostra di conoscere i vari argomenti; esegue le applicazioni standard ma denota incertezze nell'affrontare le parti più impegnative; evidenzia qualche intuizione e/o sa descrivere i fenomeni fisici studiati seppur con alcune imprecisioni; conosce ed utilizza correttamente le strutture essenziali della matematica e del linguaggio scientifico.
6
Lo studente dimostra di avere conoscenze puntuali; esegue con una sicurezza le applicazioni di media difficoltà ma denota qualche incertezze nell'affrontare punti più complessi; evidenzia capacità intuitive e sa descrivere i fenomeni fisici affrontati con qualche imprecisione; conosce ed utilizza correttamente le proprietà matematiche ed il linguaggio scientifico anche se non completa le parti più impegnative.
7
Lo studente dimostra di avere buone conoscenze nelle varie parti del programma;
evidenzia capacità intuitive e logiche nell'effettuare deduzioni e ragionamenti di una certa complessità anche se con qualche imperfezione; sa effettuare correttamente la descrizione di un fenomeno fisico non particolarmente complesso; conosce ed applica correttamente e completamente le varie procedure matematiche ed utilizza correttamente il linguaggio scientifico.
8
Lo studente dimostra di avere ottime conoscenze nelle varie parti del programma e sa operare collegamenti; evidenzia capacità intuitive e logiche nell'effettuare deduzioni e ragionamenti complessi; ha effettuato approfondimenti personali di rilievo; sa esprimere riflessioni ponderate e personali sul testo proposto; sa effettuare correttamente la descrizione fenomeno fisico complesso; sceglie e applica con sicurezza le varie procedure matematiche denotando ottime capacità di sintesi ed utilizza
9-10
consapevolmente, denotando eleganza formale, il linguaggio scientifico.
