1 / 4
LICEO SCIENTIFICO e
LICEO SCIENTIFICO OPZIONE SCIENZE APPLICATE FISICA - CLASSE QUINTA
Lo studente completerà lo studio dell’elettromagnetismo con l’induzione magnetica e le sue applicazioni, per giungere, privilegiando gli aspetti concettuali, alla sintesi costituita dalle equazioni di Maxwell. Lo studente affronterà anche lo studio delle onde elettromagnetiche, della loro produzione e propagazione, dei loro effetti e delle loro applicazioni nelle varie bande di frequenza.
Il percorso didattico comprenderà le conoscenze sviluppate nel XX secolo relative al microcosmo e al ma- crocosmo, accostando le problematiche che storicamente hanno portato ai nuovi concetti di misura, di spa- zio e tempo, di massa ed energia ed alla nascita del concetto di quanto. In questo contesto saranno svilup- pate, utilizzando un formalismo matematico accessibile agli studenti e ponendo sempre in evidenza i concet- ti fondanti, le due teorie fisiche fondamentali: la teoria della Relatività, Ristretta e Generale e la Meccanica Quantistica. A conclusione del percorso saranno sviluppati alcuni argomenti afferenti a tematiche di fisica moderna nel campo dell’astrofisica, della cosmologia, della fisica delle particelle, della fisica nucleare, semiconduttori, Scienza dei Materiali.
All’inizio del percorso è previsto un consistente Ripasso ed Integrazione di argomenti relativi all’elettrostatica ed alla magnetostatica sviluppati del quarto anno.
ARGOMENTO Conoscenze Abilità
Laboratorio
Saranno svolte almeno 3 esperienze fra quelle elencate
- Studio del freno elettromagnetico - Misura del campo magnetico
all’interno di bobine - Circuiti logici DDL
- Equivalenza fra sistemi accelerati e gravitanti (bottiglia)
- Utilizzo del foglio elettronico per la rappresentazione e lo studio delle caratteristiche dei pacchetti d’onda;
- Simulazione dell’esperimento di Aspect
• Utilizzare gli strumenti di misura per misura- re tensioni elettriche, resistenze ed intensità di corrente.
• Riconoscere i diversi tipi di errore nella mi- sura di una grandezza fisica. Saper deter- minare l’errore nelle misure indirette.
• Esprimere il risultato di una misura con il corretto numero di cifre significative. Saper utilizzare l’ordine di grandezza e la notazio- ne scientifica.
• Aver compreso il significato di esperimento mentale. (Gedankenexperiment)
Induzione elet- tromagnetica
(20%)
• La forza elettromagnetica indotta e le correnti indotte.
• La legge di Faraday-Neumann.
• La legge di Lenz.
• La mutua induzione e l’autoinduzione.
• L’induttanza.
• Circuiti RL. Analisi qualitativa e quantita- tiva. (*)
• L’energia immagazzinata in un solenoi- de.
• Densità di energia del campo magnetico.
• L’alternatore.
• La corrente alternata e definizione dei valori efficaci.
• Il trasformatore.
• I circuiti LC. Analisi qualitativa e quantita- tiva.
• Descrivere esperimenti che mostrino il fe- nomeno dell'induzione elettromagnetica
• Ricavare la legge di Faraday-Neumann.
• Interpretare la legge di Lenz in funzione del principio di conservazione dell’energia.
• Applicare la legge di Faraday-Lenz
• Saper descrivere un circuito RL nella fase di chiusura e apertura del circuito. (*)
• Calcolare l’energia immagazzinata nel sole- noide
• Calcolare le variazioni di flusso di campo magnetico
• Calcolare correnti indotte e forze elettro mo- trici indotte
• Calcolare l’induttanza di un solenoide e l’energia in esso immagazzinata.
• Calcolare i valori delle grandezze elettriche efficaci.
• Analizzare e risolvere i circuiti LC.
• Confrontare risonanza meccanica e riso- nanza elettrica.
Equazioni di Maxwell e Onde
elettroma- gnetiche
• Il campo elettrico indotto.
• La corrente di spostamento.
• Le equazioni di Maxwell del campo elet- tromagnetico.
• Collegare il campo elettrico indotto e il cam- po magnetico variabile.
• Dedurre l’equazione dell’o.e. dalle E. di Maxwell
2 / 4
(15%) • Caratteristiche dell’equazione d’onda.
• Generazione, propagazione e ricezione delle onde elettromagnetiche.
• Lo spettro elettromagnetico.
• L’energia trasportata da un’onda elettro- magnetica.
• Relazione tra campo elettrico e campo magnetico in un’onda elettromagnetica.
• L’effetto Doppler per le o.e.
• La polarizzazione delle onde elettroma- gnetiche.
• La legge di Malus.(*)
• Dimostrare che la velocità delle o.e. nel vuo- to è la velocità della luce ed è invariante.
• Descrivere i meccanismi di generazione, pro- pagazione e ricezione
delle onde elettromagnetiche.
• Distinguere le varie parti dello spettro elet- tromagnetico.
• Calcolare la densità di energia di un’onda elettromagnetica
• Applicare l’effetto Doppler alle onde elettro- magnetiche.
• Comprendere il concetto di polarizzazione delle onde elettromagnetiche.
• Applicare la legge di Malus.(*) Relatività
ristretta e generale
(25%)
Ripasso ed approfondimento dei seguen- ti argomenti di cinematica relativistica:
- Eventi ed osservatori
- I postulati della relatività ristretta:
il principio di relatività e il principio di invarianza della velocità della luce.
- L’invarianza dell’intervallo spazio- tempo
- La relatività del tempo e dello spazio:
dilatazione temporale e contrazione delle lunghezze.
- Legge di addizione relativistica delle velocità;
• L’esperimento di Michelson-Morley.
• Mappe spazio-tempo;
• Il cono di luce e la sua interpretazione in termini di principio di causalità;
• la relatività della simultaneità
• Trasformazioni di Lorentz
• La quantità di moto relativistica.
• L’equivalenza massa-energia.
• L’energia cinetica relativistica.
• La velocità “limite”.
• Il principio di equivalenza fra massa iner- ziale e gravitazionale.
• La curvatura dello spazio-tempo
• Effetto Doppler gravitazionale.(*)
• Saper applicare le equazioni per la dilata- zione dei tempi, individuando correttamente il tempo proprio e il tempo dilatato.
• Saper distinguere, nel calcolo delle distanze, tra lunghezza propria e lunghezza contratta.
• Saper applicare le relazioni sulla dilatazione dei tempi e contrazione delle lunghezze
• Utilizzare le trasformazioni di Lorentz
• Applicare la legge di addizione relativistica delle velocità
• Mettere a confronto quantità di moto relativi- stiche e non relativistiche.
• Comprendere la relazione di equivalenza tra massa ed energia ed applicarla nel calcolo di energie o variazioni di massa.
• Saper risolvere semplici problemi di cinema- tica e dinamica relativistica
• Saper risolvere semplici problemi su urti e decadimenti di particelle: annichilazione e creazione di particelle
• Interpretazione relativistica di alcuni feno- meni astronomici: lente gravitazionale, anelli di Einstein (*)
Meccanica Quantistica
(25%)
• L’effetto fotoelettrico.
• L’ipotesi di quantizzazione di Planck.
• L’ipotesi del fotone e la sua energia.
• Le caratteristiche del modello di Bohr dell’atomo di idrogeno.
• Le energie e i raggi delle orbite di Bohr.
• Lo spettro a righe dell’atomo di idrogeno.
• La lunghezza d’onda di de Broglie e l’interpretazione delle regole di quantiz- zazione dell’atomo di Bohr.
• La quantità di moto di un fotone e l’effetto Compton.
• L’interferenza fra elettroni
• La dualità onda-corpuscolo.
• Il principio di indeterminazione di Hei- senberg.
• Stati indipendenti e stati Entangled (*)
• Esperimento di Aspect con fotoni Entan- gled e sua interpretazione mediante la disuguaglianza di Bell (*)
• Calcolare l’energia dei fotoni.
• Descrivere l’effetto fotoelettrico secondo Einstein.
• Calcolare la variazione della lunghezza d’onda nell’effetto Compton.
• Descrivere la dualità onda-corpuscolo.
• Calcolare la lunghezza d’onda di de Broglie associata a una particella.
• Applicare il principio di indeterminazione di Heisenberg.
3 / 4
Fisica nucleare e particelle ele-
mentari (15%)
• La struttura del nucleo: numero atomico e numero di massa.
• L’unità di massa atomica.
• L’interazione nucleare forte.
• L’energia di legame per nucleone.
• Fissione e Fusione nucleare
• Decadimenti radioattivi α, β, γ.
• La legge del decadimento radioattivo.
• Il neutrino. (*)
• Distinzione fra Bosoni e Fermioni (princi- pio di esclusione di Pauli) (*)
• La classificazione delle particelle. (*)
• Applicare la legge del decadimento radioat- tivo per il calcolo delle diverse grandezze che in essa compaiono.
• Applicare la legge del decadimento radioat- tivo nella datazione
di reperti.
• Distinguere le reazioni nucleari spontanee dalle reazioni nucleari indotte.
(*) Gli argomenti sono facoltativi.
Valutazione
La valutazione è parte integrante della programmazione didattica in quanto fornisce i dati per guidare e mi- gliorare il processo di insegnamento-apprendimento; i parametri disciplinari su cui essa si basa sono: cono- scenza 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 collo- quio, 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 ap- prendimento 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 ma- tematiche 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 so- lo 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'applica- zione 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 scientifi- co.
6
Lo studente dimostra di avere conoscenze puntuali; esegue con una sicurezza le appli- cazioni di media difficoltà ma denota qualche incertezze nell'affrontare punti più com- plessi; evidenzia capacità intuitive e sa descrivere i fenomeni fisici affrontati con qual- che imprecisione; conosce ed utilizza correttamente le proprietà matematiche ed il lin-
7
4 / 4
guaggio scientifico anche se non completa le parti più impegnative.
Lo studente dimostra di avere buone conoscenze nelle varie parti del programma; evi- denzia capacità intuitive e logiche nell'effettuare deduzioni e ragionamenti di una certa complessità anche se con qualche imperfezione; sa effettuare correttamente la descri- zione di un fenomeno fisico non particolarmente complesso; conosce ed applica corret- tamente 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 de- scrizione fenomeno fisico complesso; sceglie e applica con sicurezza le varie procedure matematiche denotando ottime capacità di sintesi ed utilizza consapevolmente, deno- tando eleganza formale, il linguaggio scientifico.
9-10
