PROGRAMMA PER L'INSEGNAMENTO DELLA FISICA NEI LICEI

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1 PROGRAMMA PER L'INSEGNAMENTO DELLA FISICA NEI LICEI GRUPPO DI LAVORO DELLA COMMISSIONE DIDATTICA CONGIUNTA AIF MIUR SAIt SIF INDICE INTRODUZIONE 2 OBIETTIVI SPECIFICI DI APPRENDIMENTO DELLA FISICA NEI LICEI 4 Strumenti, Modelli e Procedure 4 Obiettivi per il 1 Biennio di tutti i Licei 5 1) FENOMENI MECCANICI 5 2) FENOMENI TERMICI 7 3) FENOMENI ELETTRICI E MAGNETICI 7 4) FENOMENI LUMINOSI 8 5) TERRA E UNIVERSO 8 6) STRUTTURA DELLA MATERIA 9 Integrazioni per il 1 Biennio dei Licei Scientifico e Tecnologico 10 3) FENOMENI ELETTRICI E MAGNETICI 10 Obiettivi per il 2 Biennio di tutti i Licei 11 1) FENOMENI MECCANICI 11 2) FENOMENI TERMICI 12 3) FENOMENI ELETTROMAGNETICI 12 4) FENOMENI LUMINOSI 13 5) TERRA E UNIVERSO 13 6) MATERIA, PARTICELLE E CAMPI 14 Integrazioni per il 2 Biennio dei Licei Scientifico e Tecnologico 15 1) FENOMENI MECCANICI 15 2) FENOMENI TERMICI 15 3) FENOMENI ELETTROMAGNETICI 15 4) FENOMENI LUMINOSI 16 Obiettivi per il 5 Anno dei Licei Scientifico e Tecnologico 17 Obiettivi per il 5 Anno del Liceo Classico 19 Obiettivi per il 5 Anno dei Licei Linguistico, Economico, Musicale/Coreutico, Artistico, delle Scienze Umane 20 COMMENTI SUGLI OBIETTIVI SPECIFICI DI APPRENDIMENTO DELLA FISICA NEI LICEI 21 STRUMENTI, MODELLI E PROCEDURE 21 1) FENOMENI MECCANICI 21 2) FENOMENI TERMICI 23 3) FENOMENI ELETTRICI E MAGNETICI 24 4) FENOMENI LUMINOSI 24 5) TERRA E UNIVERSO 25 6) STRUTTURA DELLA MATERIA, PARTICELLE E CAMPI 25 OBIETTIVI SPECIFICI DI APPRENDIMENTO PER IL 5 ANNO 26 1

2 INTRODUZIONE La definizione degli Obiettivi Specifici di Apprendimento (OSA) per la fisica intende fornire un quadro di riferimento per lo sviluppo coerente di conoscenze e abilità che coniughino gli a- spetti cognitivi con quelli più specificamente culturali della disciplina: da un lato la disciplina come strumento di conoscenza scientifica della realtà, dall altro l analisi di come la fisica si colloca all'interno del pensiero scientifico e di come, interagendo e integrandosi con altre forme di pensiero (matematico, filosofico, tecnologico, ) contribuisce all'evoluzione storica delle idee. L obiettivo per la scuola secondaria è quello di procedere, attraverso un processo già iniziato nella scuola primaria e nella secondaria inferiore, al completamento della acquisizione di una consapevolezza diretta e fenomenologica degli aspetti fisici del mondo, a una loro gestione efficace in termini di enti astratti: grandezze fisiche astratte basate su relazioni invarianti fra variabili osservate; sistemi fisici astratti basati sulla loro efficacia come modelli intercontestuali; metodi di formalizzazione che offrono il supporto essenziale all intero processo di concettualizzazione fisica. L obiettivo prioritario è quello di costruire una scienza per il cittadino evidenziando che la conoscenza scientifica è un capire per modelli i quali permettono di descrivere, interpretare e indirizzare l esperienza quotidiana, di costruire e progressivamente approfondire un interpretazione strutturata dei fatti, e di progettare efficaci interventi mirati e strumenti tecnologici. La scelta di porre al centro del processo di costruzione della conoscenza fisica la realtà fenomenologica, che fornisce sia la base di partenza sia il punto di riferimento a cui correlare i costrutti teorici, ha guidato la strutturazione degli OSA per la fisica nei Licei in quattro aree fenomenologiche (Fenomeni Meccanici, Fenomeni Termici, Fenomeni Elettromagnetici, Fenomeni Luminosi) che individuano modi di guardare ai fenomeni, selezionare proprietà e relazionare variabili per saper descrivere e spiegare. A queste tabelle se ne aggiungono altre tre: la prima (Strumenti, Modelli e Procedure) che descrive conoscenze e abilità legate alle procedure e agli strumenti della indagine scientifica; la seconda (Terra e Universo) che descrive concetti e applicazioni della fisica nell astronomia e nell astrofisica; la terza (Struttura della Materia, Particelle e Campi) che presenta il percorso di conoscenza della materia dalle sue proprietà macroscopiche alla sua struttura microscopica. La scelta di presentare ordinate per fenomenologie le e, che costituiscono gli OSA per la fisica, non vuole indicare una via sequenziale nello svolgere l attività didattica; anzi, si ritiene che l esperienza didattica dei docenti e la sensibilità nel cogliere le varie opportunità, possono indicare più strade ugualmente efficaci per la progettazione di percorsi didattici. La definizione degli OSA qui riportati si fonda su due presupposti: A) La formazione in fisica è parte integrante dell educazione scientifica del cittadino che deve avere inizio nella scuola primaria, procedere nella scuola secondaria inferiore e vedere nei licei il suo completamento concettuale e formale. B) e abilità debbono includere scoperte e problemi della fisica contemporanea affinché la formazione scolastica possa rendere i cittadini attori consapevoli delle scelte scientifiche e tecnologiche richieste alla società di oggi. Per le ragioni suddette, gli OSA per la scuola secondaria di secondo grado rappresentano una continuità rispetto a quelli previsti per la scuola secondaria di primo grado e la scuola primaria. 2

3 Essi devono essere intesi, perciò, come continuazione, diversificazione e progressione nella formalizzazione matematica e nell attenzione per le strutture specificamente disciplinari della fisica. 3

4 OBIETTIVI SPECIFICI DI APPRENDIMENTO DELLA FISICA NEI LICEI STRUMENTI, MODELLI E PROCEDURE I contenuti di questa tabella indicano abilità di processo che devono accompagnare gli studenti lungo tutto il percorso in fisica. In quanto tali non debbono essere concentrati in un unico periodo ma distribuiti lungo tutto l arco del 1 e 2 biennio. Esplorare, misurare, comunicare, interpretare - Il metodo sperimentale: osservare, formulare ipotesi, sperimentare, interpretare, formulare leggi. - La definizione operativa delle grandezze fisiche: grandezze scalari e vettoriali; grandezze intensive ed estensive. - Unità di misura e dimensionalità delle grandezze fisiche. Il sistema internazionale di misura (SI). - Leggi fenomenologiche e leggi teoriche. - Formulazione di modelli descrittivi ed interpretativi. - Procedure di utilizzazione di fogli elettronici e altri strumenti informatici per la modellizzazione di fenomeni fisici. - Potere predittivo e limiti di validità di un modello. Esplorare, misurare, comunicare, interpretare - Descrivere un fenomeno fisico individuandone le variabili rilevanti. - Predire relazioni tra variabili. - Valutare le caratteristiche degli strumenti di misura: portata, sensibilità, eventuale frequenza di campionamento. - Individuare le caratteristiche di trasduzione di alcuni strumenti. - Individuare la differenza tra metodi di misurazione diretti e indiretti. - Applicare semplici algoritmi per determinare l'incertezza di misure indirette. - Valutare, in situazioni sperimentali diverse, l'attendibilità dei valori misurati: intervallo d'incertezza, precisione. - Leggere e costruire, manualmente e con l ausilio di strumenti informatici, grafici cartesiani, istogrammi e tabelle a più entrate. - Tracciare, manualmente e con l ausilio di strumenti informatici, linee di tendenza di dati sperimentali linearizzati, determinando i valori di coefficienti e intercette e interpretandone i significati fisici. - Usare modelli matematici per descrivere le relazioni tra le variabili coinvolte in un dato fenomeno. - Utilizzare i rapporti incrementali e l integrazione numerica per elaborare semplici modelli di fenomeni. 4

5 OBIETTIVI PER IL 1 BIENNIO DI TUTTI I LICEI 1) FENOMENI MECCANICI Interazione e forza - Forze come descrittori delle interazioni fra corpi (meccaniche, elettriche, magnetiche). - Terzo principio della dinamica. - Massa e peso. - Attrito e resistenza del mezzo. - Momento di una forza e di una coppia di forze. - Equilibrio tra forze in situazioni statiche. - Primo e secondo principio della dinamica. - Impulso della forza e variazione della quantità di moto. - Sistemi isolati: conservazione della quantità di moto. - Evoluzione dei concetti di massa, di forza e di interazione. Spazio, tempo, moto - Sistemi di riferimento spazio-temporali e descrizione dei moti. - Spostamento, velocità e accelerazione come vettori. - Moto relativo e composizione delle velocità. - Moti periodici e oscillatori. - Galilei e la nascita del metodo sperimentale. Interazione e forza - Progettare ed eseguire esperimenti per misurare le intensità delle forze agenti su corpi ed esprimere i risultati nelle corrette unità di misura. - Sommare e scomporre forze. - Individuare in modo grafico e sperimentale il baricentro di corpi di forma semplice. - Misurare la forza d attrito tra solidi in situazioni statiche e dinamiche. - Individuare e descrivere le interazioni tra corpi vincolati e vincoli. - Descrivere l effetto prodotto dall applicazione di coppie di forze ed effettuare misurazioni per determinare il momento risultante in situazioni di equilibrio. - Realizzare, misurare e discutere situazioni di moto in cui la risultante delle forze è nulla o diversa da zero. - Rilevare moti di caduta di corpi diversi e fare ipotesi sulle cause di eventuali differenze riscontrate. - Eseguire esperimenti sulla conservazione della quantità di moto in sistemi isolati. - Spiegare, con riferimento a esempi concreti, la connessione tra conservazione della quantità di moto e terzo principio della dinamica. Spazio, tempo, moto - Misurare distanze e intervalli di tempo con metodi diversi; esprimere le misure in unità di misura diverse. - Rappresentare e descrivere le traiettorie di uno stesso moto visto da riferimenti spaziali diversi. - Distinguere tra velocità medie e istantanee. - Rappresentare moti vari osservati nella vita quotidiana in grafici (s, t) e (v, t) e utilizzarli per risolvere problemi. - Ricavare l equivalenza tra rappresentazioni grafiche e algebriche di moti uniformi e vari. - Applicare le proprietà vettoriali di spostamento, velocità e accelerazione per analizzare moti in due e in tre dimensioni. - Descrivere situazioni di moto relativo e comporre velocità in una e in due dimensioni. 5

6 Onde meccaniche - Propagazione di perturbazioni nella materia: vari tipi di onde. - Frequenza, intensità e sovrapposizione di onde armoniche. - Principio di sovrapposizione e interferenza. - Riflessione e rifrazione. - Intensità del suono e sua misura. Timbro e altezza del suono. - L evoluzione storica della comprensione dei fenomeni sonori. Energia e lavoro - Lavoro e trasferimento di energia. - Energia potenziale in configurazioni diverse. - Energia dei corpi in movimento. - Conservazione e dissipazione dell energia meccanica. - Bilanci energetici. Rendimento dei trasferimenti di energia. - Potenza. - Evoluzione storica del concetto di energia: il moto perpetuo e il principio di conservazione dell energia. - Ricavare vettorialmente direzione e verso dell accelerazione per moti qualsiasi su traiettoria curva e applicare i risultati al caso del moto circolare uniforme. - Misurare la frequenza di fenomeni periodici con riferimento alla misurazione del tempo. - Misurare posizioni, velocità e accelerazioni di un corpo e porle in relazione con le forze agenti. Onde meccaniche - Produrre onde impulsive in una e due dimensioni, descriverne qualitativamente i caratteri, misurarne le velocità di propagazione. - Produrre, osservare e descrivere fenomeni di riflessione e di rifrazione di onde. - Descrivere le proprietà delle onde armoniche in relazione alla sorgente e al mezzo: frequenza, ampiezza, velocità di propagazione, lunghezza d onda, fase. - Misurare l'intensità del suono in funzione della distanza dalla sorgente ed esprimerla usando la scala dei decibel. - Riconoscere forme d onda risultanti dalla sovrapposizione di onde armoniche di uguale o diversa frequenza. - Caratterizzare un segnale attraverso il suo spettro di frequenze. Energia e lavoro - Individuare e descrivere, con esempi tratti dalla vita quotidiana, situazioni in cui l energia meccanica si presenta come cinetica e come potenziale (elastica o gravitazionale) e diversi modi di trasferire, trasformare e immagazzinare e- nergia. - Calcolare, anche con l aiuto di grafici (F, x), il lavoro di una forza, esprimerlo nelle corrette unità di misura e metterlo in relazione con i trasferimenti di energia avvenuti. - Leggere, costruire e interpretare schemi grafici che rappresentano flussi di energia tra sistemi interagenti. - Servirsi della conservazione dell energia meccanica per analizzare situazioni anche complesse in sistemi con attriti trascurabili, tra cui il moto di corpi che si muovono nello spazio interplanetario. - Applicare il principio di conservazione dell energia alla soluzione di semplici problemi anche in presenza di forze dissipative. - Descrivere il funzionamento di macchine sem- 6

7 plici. - Misurare in casi semplici la potenza utile di macchine e del corpo umano ed esprimere il risultato nelle corrette unità di misura. 2) FENOMENI TERMICI Processi ed equilibri - Equilibrio termico e temperatura. - Differenze di temperatura e flusso di energia termica: il calore. - Capacità termica e calore specifico. - Conducibilità termica, isolanti e conduttori. - Stati della materia e cambiamenti di stato. - Scala assoluta di temperatura ed equazione di stato dei gas. - Esperimento di Joule e primo principio della termodinamica. - Teoria del calorico e primi sviluppi della teoria termodinamica. Processi ed equilibri - Descrivere fenomeni in cui avviene un trasferimento di energia in presenza di una differenza di temperatura. - Misurare quantità di calore ed esprimere i risultati nelle corrette unità di misura. - Rilevare temperature in diversi fenomeni (di riscaldamento, raffreddamento, cambiamento di stato) e analizzarne l andamento in funzione del tempo. - Realizzare esperimenti per confrontare la conducibilità termica di diversi materiali. - Misurare variazioni di pressione, volume e temperatura nei gas e cercare le relazioni tra i dati. - Misurare il calore specifico di diversi materiali. - Misurare il rapporto joule/caloria. - Descrivere i flussi di energia occorrenti per mantenere mediamente costante la temperatura del pianeta Terra. 3) FENOMENI ELETTRICI E MAGNETICI Forze elettriche e magnetiche - Forze tra cariche elettriche. Legge di Coulomb. - Capacità elettrica. - Differenza di potenziale elettrico. - Intensità di corrente. - Isolanti e conduttori: solidi, liquidi e gassosi. - Resistenza elettrica. Legge di Ohm. - Potenza elettrica. Potenza dissipata. Effetto Joule. - Forze magnetiche (fra magneti, fra corrente e- lettrica e magnete, fra correnti elettriche). Forze elettriche e magnetiche - Eseguire esperimenti in cui si evidenziano forze di attrazione e repulsione tra cariche elettriche. - Risolvere problemi sulle forze reciproche agenti su due o più cariche elettriche puntiformi. - Eseguire e interpretare esperimenti in cui si e- videnziano fenomeni di induzione e di polarizzazione elettrostatica. - Realizzare semplici circuiti elettrici con alimentatori, carichi ohmici, interruttori, deviatori, collegamenti in serie e parallelo. - Misurare intensità di corrente, differenze di potenziale e resistenze elettriche, utilizzando le corrette unità di misura e riconoscendo relazioni di conservazione e di proporzionalità. 7

8 - Le origini della teoria dell elettricità e del magnetismo. - Riconoscere sperimentalmente materiali isolanti e conduttori dell elettricità. - Misurare variazioni di resistenza elettrica con la temperatura. - Spiegare il funzionamento del condensatore. - Misurare i tempi di scarica di un condensatore in un circuito RC ed elaborare un semplice modello descrittivo dei dati. - Eseguire esperimenti in cui si evidenziano forze di attrazione e repulsione magnetica. - Realizzare una elettrocalamita. - Spiegare l andamento del campo geomagnetico. 4) FENOMENI LUMINOSI Luce - Sorgenti luminose e propagazione della luce. - Ottica geometrica e formazione di immagini. - Principio di Fermat del tempo minimo di propagazione. - Dispersione della luce e spettro della luce visibile, infrarossa e ultravioletta. - Illuminazione di un corpo: intensità luminosa riflessa, diffusa, trasmessa e assorbita. I colori dei corpi. - Meccanismo della visione. - Modelli interpretativi della fenomenologia di propagazione della luce. Luce - Realizzare esperienze di riflessione, rifrazione e diffusione e descriverle utilizzando il modello dell ottica geometrica. - Spiegare la trasmissione di luce mediante fibre ottiche. - Misurare distanze focali e rapporti d ingrandimento lineari e angolari. - Utilizzare microscopi, cannocchiali e telescopi e descriverne il funzionamento. - Misurare intensità luminose incidenti, riflesse e trasmesse da corpi trasparenti in funzione del loro spessore e della distanza dalla sorgente, utilizzando le relative unità di misura. - Evidenziare sperimentalmente alcune proprietà dell occhio umano. - Misurare il riscaldamento prodotto dalla radiazione (visibile e infrarossa) emessa da una lampadina. 5) TERRA E UNIVERSO La Terra e il sistema solare - Metodi di misurazione di grandi distanze. Unità di misura astronomiche. - I moti della Terra: rotazione, precessione, rivoluzione. - Modelli geocentrico ed eliocentrico del sistema solare. - Sistemi di riferimento astronomici. La Terra e il sistema solare - Spiegare le differenze tra misure del tempo naturali e convenzionali e le necessità che le hanno determinate. - Descrivere misure eseguibili con metodi di triangolazione, parallasse e con metodi radar, dandone esempi e argomentandone i campi di applicabilità. 8

9 - La misurazione del tempo e la suddivisione del giorno e dell anno nelle antiche società e oggi. - Il passaggio dal sistema geocentrico (geostatico) al sistema eliocentrico. - Osservare in modo sistematico i moti apparenti del Sole, della Luna, dei pianeti, delle stelle, u- tilizzando le coordinate geografiche e astronomiche. - Riconoscere e descrivere il moto degli astri; spiegare i moti apparenti in termini di sistemi di riferimento geocentrico ed eliocentrico. - Descrivere strumenti ottici che consentono di studiare il cielo da Terra (telescopi rifrattori e riflettori) e il loro ruolo nel miglioramento della visione dell Universo fisico e nel progresso delle conoscenze scientifiche. 6) STRUTTURA DELLA MATERIA Dalle proprietà dei materiali alla struttura microscopica della materia - Proprietà dei materiali in termini di fenomenologie e grandezze fisiche macroscopiche indicative della loro struttura microscopica. - Modello atomico-molecolare della materia dal punto di vista fisico-chimico per solidi, liquidi e gas. - Cariche elettriche nella materia. - L elettrone e le sue proprietà. - Modello di Rutherford: elettroni e nuclei atomici. - L evoluzione della teoria atomico-molecolare: dalla chimica alla fisica atomica. Dalle proprietà dei materiali alla struttura microscopica della materia - Individuare grandezze fisiche (densità, elasticità, plasticità, viscosità, calore specifico, conducibilità termica o elettrica) indicative della struttura microscopica della materia. - Misurare, con opportuni metodi, la densità di corpi solidi, liquidi e gassosi al fine di osservarne la variazione nei passaggi di stato. - Descrivere e argomentare gli indizi che supportano l ipotesi atomico-molecolare della materia e le idee sulla struttura degli atomi. - Individuare fenomeni elettrici o magnetici come spie della esistenza di cariche negli atomi. - Descrivere gli esperimenti di Thomson e Millikan in relazione alla scoperta dell elettrone e alla misura della carica elementare. - Discutere i modelli atomici di Thomson e Rutherford alla luce dell esperimento di Geiger e Marsden. - Riconoscere l ordine di grandezza delle dimensioni delle molecole, degli atomi e dei nuclei. 9

10 INTEGRAZIONI PER IL 1 BIENNIO DEI LICEI SCIENTIFICO E TECNOLOGICO 3) FENOMENI ELETTRICI E MAGNETICI Forze elettriche e magnetiche - Nodi e maglie nei circuiti elettrici. Forze elettriche e magnetiche - Riconoscere in circuiti semplici la conservazione della corrente (prima legge di Kirchhoff). - Risolvere semplici problemi relativi al bilancio energetico del circuito elettrico (seconda legge di Kirchhoff). - Lampade e rendimenti luminosi. 10

11 OBIETTIVI PER IL 2 BIENNIO DI TUTTI I LICEI 1) FENOMENI MECCANICI Forza, moto e relatività - Tipi di forze ed equazioni del moto. - Campo gravitazionale come esempio di campo conservativo. - Sistemi di riferimento inerziali e relatività galileiana. - Sistemi di riferimento non inerziali e forze apparenti. - Limiti di applicabilità della relatività galileiana. - Velocità della luce nel vuoto. - Dilatazione del tempo, contrazione delle lunghezze, simultaneità. - Quantità di moto ed energia relativistiche. La relazione fra massa ed energia e le sue implicazioni. - L origine della teoria della relatività ristretta. Oscillatori accoppiati e sistemi continui - Oscillazioni forzate e risonanza. - Aspetti dinamici ed energetici di sistemi di due o più oscillatori accoppiati. - Aspetti dinamici ed energetici della propagazione di onde in sistemi continui. - Comportamenti discreti dei sistemi continui: gli stati stazionari. - L importanza storica delle oscillazioni nella fisica. Forza, moto e relatività - Esplorare al calcolatore soluzioni di semplici equazioni del moto ottenute con il metodo delle differenze finite. - Applicare le proprietà conservative del campo gravitazionale alla risoluzione di problemi. - Descrivere la differenza tra sistemi inerziali e non inerziali dando esempi degli uni e degli altri. - Distinguere con criteri appropriati le forze apparenti da quelle attribuibili a interazioni. - Spiegare perché i corpi in caduta libera sono in condizione di assenza di peso e perché i satelliti artificiali intorno alla Terra e i pianeti intorno al Sole sono in caduta libera. - Spiegare perché le conclusioni della relatività ristretta su simultaneità, dilatazione dei tempi e contrazione delle lunghezze sono conseguenza dell invarianza della velocità della luce nel vuoto. - Discutere l effetto Doppler luminoso e confrontarlo con l effetto Doppler acustico. - Descrivere effetti relativistici e calcolarne l ordine di grandezza, valutando le condizioni di applicabilità della meccanica newtoniana. - Illustrare l equivalenza massa-energia descrivendo e analizzando fatti e fenomeni appropriati. Oscillatori accoppiati e sistemi continui - Determinare sperimentalmente o attraverso un modello, la frequenza propria di un sistema o- scillante. - Spiegare la relazione tra l ampiezza di oscillazioni forzate e la frequenza della sollecitazione applicata. - Esplorare le proprietà cinematiche, dinamiche ed energetiche di semplici sistemi di due oscillatori accoppiati. - Esplorare, con l aiuto di simulazioni al calcolatore, il comportamento di sistemi di più di due oscillatori accoppiati. - Analizzare la propagazione di onde impulsive in sistemi diversi sia sperimentalmente sia attraverso l uso di simulazioni al calcolatore. 11

12 - Descrivere le caratteristiche cinematiche e dinamiche delle onde stazionarie. - Analizzare onde stazionarie di frequenze diverse sia sperimentalmente sia attraverso l uso di simulazioni al calcolatore. - Descrivere la propagazione delle onde sismiche spiegando l effetto della struttura interna della Terra. 2) FENOMENI TERMICI Processi termodinamici - Stati e trasformazioni termodinamiche. - Descrizione microscopica dei gas. - Equipartizione dell energia. - Secondo principio della termodinamica ed entropia. - Cicli termodinamici e rendimento di una macchina termica. - Sviluppo storico delle idee che hanno portato alla formulazione delle leggi della termodinamica. - Invenzione della macchina a vapore. - La gara verso le basse temperature. Processi termodinamici - Descrivere processi e trasformazioni termodinamiche. - Illustrare il significato microscopico della pressione e della temperatura. - Descrivere e interpretare processi termodinamici mettendo in evidenza la conservazione dell energia e la sua degradazione. - Descrivere una macchina frigorifera e confrontarne il funzionamento con quello di altre macchine termiche. - Descrivere cicli termodinamici naturali: scambi di energia sulla Terra e della Terra con l ambiente extraterrestre, fonti di energia, effetto serra. 3) FENOMENI ELETTROMAGNETICI Campi e onde elettromagnetiche - Campo elettrico: definizione e proprietà. - Campo magnetico: definizione e proprietà. - Campi variabili nello spazio e nel tempo. - Induzione e autoinduzione. Legge di Faraday- Neumann. - Onde elettromagnetiche. - Raggi X e raggi gamma. - Lo sviluppo della teoria classica dell elettromagnetismo. - L ipotesi dell etere. Campi e onde elettromagnetiche - Rappresentare graficamente i vettori di campo elettrico generati da una o più sorgenti puntiformi. - Evidenziare sperimentalmente le tracce delle superfici equipotenziali associate al campo elettrico e verificare le loro relazioni direzionali con le linee del campo. - Descrivere somiglianze e differenze tra campi elettrostatici e campi gravitazionali. - Confrontare le caratteristiche di campi elettrici e magnetici. - Evidenziare sperimentalmente e rappresentare graficamente i vettori di campo magnetico generati da correnti elettriche di semplice geometria. 12

13 - Effettuare esperimenti che mettono in evidenza fenomeni di induzione elettromagnetica. - Descrivere i modi di trasformazione di energia elettrica in meccanica e viceversa e il funzionamento di dispositivi elettromagnetici. - Individuare le proprietà di sorgenti e di rivelatori di onde elettromagnetiche. - Classificare le radiazioni elettromagnetiche e descriverne le interazioni con la materia (anche vivente) in base alle diverse lunghezze d onda. 4) FENOMENI LUMINOSI Onde luminose e spettri - Fenomeni di diffrazione e interferenza. - Fenomeni di polarizzazione lineare. - Emissione e assorbimento della luce dal punto di vista microscopico. - Spettri continui e a righe. - Effetto fotoelettrico e ipotesi del quanto di luce. - Evoluzione storica delle idee sulla natura della luce. - La misura della velocità della luce. Onde luminose e spettri - Osservare e spiegare la diffrazione della luce attraverso fenditure semplici e multiple. - Osservare e spiegare fenomeni d interferenza della luce prodotte da intercapedini e pellicole sottili. - Spiegare perché la diffrazione e l interferenza della luce dimostrano la sua natura ondulatoria. - Misurare la frequenza di una luce monocromatica da fenomeni di diffrazione o di interferenza. - Operare con lamine polarizzatrici e analizzatrici per evidenziare il comportamento della luce polarizzata. - Riconoscere nella polarizzazione un indizio a favore della luce come onda trasversale. - Interpretare i colori della luce visibile in termini di frequenze e di lunghezze d onda. - Individuare differenze e somiglianze negli spettri di emissione di diverse sorgenti. 5) TERRA E UNIVERSO La gravitazione universale e la dinamica del sistema solare - Il moto dei pianeti e la gravitazione universale. - Aspetto predittivo ed esplicativo della meccanica newtoniana in relazione a fenomeni gravitazionali complessi. - Spettroscopia nello studio delle caratteristiche fisiche delle stelle. La gravitazione universale e la dinamica del sistema solare - Applicare la legge di gravitazione universale e i principi di conservazione dell energia al moto dei pianeti. - Confrontare gli spettri di elementi chimici con alcuni spettri stellari ed evidenziare le caratteristiche comuni. 13

14 - La scoperta di Nettuno. - Dall astronomia all astrofisica. 6) MATERIA, PARTICELLE E CAMPI Struttura microscopica della materia: atomi, nuclei e particelle - La natura duale dell onda elettromagnetica. - Le proprietà del fotone e le basi della meccanica quantistica. - Spettri atomici e atomo di Bohr. - De Broglie e le proprietà ondulatorie della materia. La diffrazione degli elettroni. - Isotopi, radioattività e struttura del nucleo: protoni e neutroni. - Equivalenza massa-energia e energia di legame dei nucleoni nei nuclei. L interazione nucleare forte. - I diversi tipi di decadimento radioattivo. L interazione nucleare debole. - Le quattro interazioni fondamentali: le interazioni elettromagnetica, forte e debole, in aggiunta all interazione gravitazionale. - Il periodo di transizione dalla fisica classica alla fisica quantistica: nuove scoperte, limiti teorici e idee fondamentali alla base della formulazione della meccanica quantistica. Struttura microscopica della materia: atomi, nuclei e particelle - Descrivere e interpretare alcuni esperimenti basilari: gli esperimenti sull effetto fotoelettrico, l esperimento di Frank e Hertz, l esperimento di Compton. - Riconoscere spettri atomici e interpretarlinell ambito del modello atomico di Bohr. - Valutare la lunghezza d onda di un elettrone di data velocità e la rilevanza degli effetti di interferenza in situazioni significative. - Analizzare figure di diffrazione di fotoni ed e- lettroni e riconoscere il funzionamento del microscopio elettronico. - Calcolare il bilancio di energia, massa e carica in reazioni nucleari. - Usare contatori Geiger portatili per rilevare e misurare radiazioni di fondo e radioattività ambientale. - Costruire modelli di decadimenti radioattivi e illustrare il concetto di vita media. - Descrivere e interpretare il grafico Z/A relativamente alla massa dei nuclei. - Individuare fenomeni significativi in cui intervengono i diversi tipi di interazione fondamentale e classificarne il rispettivo raggio di azione. - Riconoscere la generalizzazione del concetto di campo valido per qualsiasi tipo di interazione fondamentale. 14

15 INTEGRAZIONI PER IL 2 BIENNIO DEI LICEI SCIENTIFICO E TECNOLOGICO 1) FENOMENI MECCANICI Forza, moto e relatività - Moto rotatorio, momento angolare e sua conservazione. - Energia nel moto rotatorio. Forza, moto e relatività - Descrivere e modellizzare fenomeni quotidiani riguardanti la conservazione del momento della quantità di moto e dell energia meccanica di rotazione. 2) FENOMENI TERMICI Processi termodinamici - Teoria cinetica dei gas. - Equipartizione dell energia. - Definizione dell entropia in termini statistici. Processi termodinamici - Confrontare e spiegare diagrammi di Maxwell della distribuzione delle velocità molecolari in funzione della temperatura. - Correlare grandezze macroscopiche e microscopiche. - Mettere in relazione la probabilità di uno stato termodinamico con la molteplicità dei suoi microstati. - Correlare lo stato di equilibrio con lo stato di massima probabilità. 3) FENOMENI ELETTROMAGNETICI Campi e onde elettromagnetiche - Contributo elementare al campo elettrico o magnetico da parte di cariche elettriche. - Flusso del campo elettrico e teorema di Gauss. - Flusso del campo magnetico. - Moto di particelle cariche in campi elettrici e magnetici. - Corrente alternata. - Derivazione qualitativa delle equazioni di Maxwell e delle equazioni di propagazione delle onde elettromagnetiche. - Connessione tra elettromagnetismo, velocità della luce e relatività. Campi e onde elettromagnetiche - Applicare il concetto di flusso dei campi elettrici e magnetici per la soluzione di semplici problemi. - Descrivere il moto di cariche elettriche in presenza di campi elettrici e magnetici e la sua applicazione in alcuni dispositivi. - Analizzare il comportamento di semplici circuiti oscillanti. - Risolvere problemi su semplici circuiti elettrici in corrente alternata. - Risolvere problemi numerici riguardanti produzione, trasporto, e trasformazione di energia mediante corrente elettrica alternata. 15

16 4) FENOMENI LUMINOSI Onde luminose e spettri - Emissione e assorbimento della luce dal punto di vista microscopico. - Spettro dell atomo di idrogeno e quantizzazione dell energia nella materia. Onde luminose e spettri - Risolvere semplici problemi sulla quantizzazione dell energia in un fascio di luce monocromatica. - Risolvere semplici problemi sull interazione quantizzata fra luce e materia. 16

17 OBIETTIVI PER IL 5 ANNO DEI LICEI SCIENTIFICO E TECNOLOGICO Le basi della conoscenza in fisica - Il problema della misura nella fisica classica: determinismo, descrizione statistica, complessità e caos. - La misura in meccanica quantistica: principio di indeterminazione, probabilità quantistica e causalità. - Influenza dello sviluppo scientifico e tecnico sulla cultura filosofica e sull evoluzione della società, e viceversa. Applicazioni attuali della fisica - Strumentazione elettronica di uso corrente (radio, televisione, telefonia mobile, GPS). - Dispositivi laser e dispositivi a stato solido. - Produzione, trasmissione e ricezione di segnali in fibra ottica. Le basi della conoscenza in fisica - Descrivere fenomeni classici interpretabili in termini puramente deterministici, oppure mediante calcoli statistici, oppure soggetti alle leggi del caos e della complessità. - Descrivere fenomeni quantistici che evdenziano il ruolo del principio di indeterminazione in meccanica quantistica. Applicazioni attuali della fisica - Applicare le leggi dell elettromagnetismo e della fisica quantistica alla descrizione dei principi di funzionamento di dispositivi basati sulla trasmissione di radiazione elettromagnetica. - Descrivere le basi di funzionamento di alcune tecniche e apparecchiature sviluppate nell ambito della ricerca in fisica e applicate a diversi settori come medicina (diagnostica, terapia), beni culturali (datazione, restauro) o ambiente (inquinamento, traffico). LE TEMATICHE DELLA FISICA MODERNA Struttura microscopica della materia - Semiconduttori e superconduttori. - Fissione e fusione nucleare. - Acceleratori di particelle. - Rivelatori di particelle. - La struttura dei nucleoni e i costituenti elementari della materia: quark ed elettroni. - Simmetria materia-antimateria. - Il Modello Standard e lo sviluppo della fisica subnucleare. Relatività LE TEMATICHE DELLA FISICA MODERNA Struttura microscopica della materia - Descrivere i meccanismi fondamentali alla base dei semiconduttori e superconduttori. - Descrivere i meccanismi fondamentali alla base della fusione e fissione nucleare e calcolare l ordine di grandezza dell energia sviluppata in reazioni nucleari. - Descrivere il principio di funzionamento di un acceleratore di particelle. - Individuare diversi tipi di rivelatori per diversi tipi di particelle, evidenziandone i principi di funzionamento. - Spiegare il ruolo dei raggi cosmici e degli acceleratori per lo studio, tramite fenomeni di collisione ad energie via via crescenti, della struttura nucleare e subnucleare della materia e della produzione di nuove particelle (o antiparticelle). - Riconoscere la differenza tra particelle elementari e non elementari, tra particelle di materia e particelle mediatrici delle interazioni fondamentali. 17

18 - Trasformazioni di Galilei e di Lorentz. - Struttura dello spazio-tempo. - Principi di equivalenza e di relatività generale. - L interazione luce-campo gravitazionale. Origine ed evoluzione cosmiche - Misura delle velocità e delle masse dei corpi celesti. - Origine ed evoluzione delle stelle. - Produzione termonucleare dell energia all interno delle stelle. Origine stellare degli e- lementi chimici. - Il Big Bang e l Universo in espansione. Relatività - Analizzare alcuni fenomeni di relatività generale, come ad esempio la deflessione della luce nel campo gravitazionale, descrivendone le conseguenze per la ricerca astronomica e per la misurazione del tempo (rallentamento degli o- rologi). Origine ed evoluzione cosmiche - Descrivere i fatti sperimentali su cui si basano i modelli sull origine ed espansione dell Universo e individuare le ragioni che portano alla stima della scala dei tempi di espansione. - Utilizzare il diagramma di Hertzsprung-Russell per descrivere l evoluzione stellare. 18

19 OBIETTIVI PER IL 5 ANNO DEL LICEO CLASSICO Le basi della conoscenza in fisica - Il problema della misura nella fisica classica: determinismo, descrizione statistica, complessità e caos. - La misura in meccanica quantistica: principio di indeterminazione, probabilità quantistica e causalità. - Influenza dello sviluppo scientifico e tecnico sulla cultura filosofica e sull evoluzione della società, e viceversa. Applicazioni attuali della fisica - Strumentazione elettronica di uso corrente (radio, televisione, telefonia mobile, GPS). - Dispositivi laser e dispositivi a stato solido. Le basi della conoscenza in fisica - Descrivere fenomeni classici interpretabili in termini puramente deterministici, oppure mediante calcoli statistici, oppure soggetti alle leggi del caos e della complessità. - Descrivere fenomeni quantistici che evidenziano il ruolo del principio di indeterminazione. Applicazioni attuali della fisica - Descrivere le basi di funzionamento di alcune tecniche e apparecchiature sviluppate nell ambito della ricerca in fisica e applicate a diversi settori come medicina (diagnostica, terapia), beni culturali (datazione, restauro), ambiente (inquinamento, traffico). LE TEMATICHE DELLA FISICA MODERNA Struttura microscopica della materia - Semiconduttori e superconduttori. - Fissione e fusione nucleare. - La struttura dei nucleoni e i costituenti elementari della materia: quark ed elettroni. - Simmetria materia-antimateria. - Il Modello Standard e lo sviluppo della fisica subnucleare. Relatività - Struttura dello spazio-tempo. - Principi di equivalenza e di relatività generale. - L interazione luce-campo gravitazionale. Origine ed evoluzione cosmiche - Origine ed evoluzione delle stelle. - Produzione termonucleare dell energia all interno delle stelle. Origine stellare degli e- lementi chimici. - Il Big Bang e l Universo in espansione. LE TEMATICHE DELLA FISICA MODERNA Struttura microscopica della materia - Descrivere i meccanismi fondamentali alla base dei semiconduttori e superconduttori. - Descrivere i meccanismi fondamentali alla base della fusione e fissione nucleare. - Descrivere il principio di funzionamento di un acceleratore di particelle. - Riconoscere la differenza tra particelle elementari e non elementari, tra particelle di materia e particelle mediatrici delle interazioni fondamentali. Relatività - Analizzare alcuni fenomeni di relatività generale, come ad esempio la deflessione della luce nel campo gravitazionale, descrivendone le conseguenze per la ricerca astronomica e per la misurazione del tempo (rallentamento degli o- rologi). Origine ed evoluzione cosmiche - Descrivere i fatti sperimentali su cui si basano i modelli sull origine ed espansione dell Universo e individuare le ragioni che portano alla stima della scala dei tempi di espansione. - Utilizzare il diagramma di Hertzsprung-Russell per descrivere l evoluzione stellare. 19

20 OBIETTIVI PER IL 5 ANNO DEI LICEI LINGUISTICO, ECONOMICO, MUSICALE/COREUTICO, ARTISTICO, DELLE SCIENZE UMANE Le basi della conoscenza in fisica - Il problema della misura nella fisica classica: determinismo, descrizione statistica, complessità e caos. - La misura in meccanica quantistica: principio di indeterminazione, probabilità quantistica e causalità. - Influenza dello sviluppo scientifico e tecnico sulla cultura filosofica e sull evoluzione della società, e viceversa. Applicazioni attuali della fisica - Strumentazione elettronica di uso corrente (radio, televisione, telefonia mobile, GPS). - Dispositivi laser e dispositivi a stato solido. Le basi della conoscenza in fisica - Descrivere fenomeni classici interpretabili in termini puramente deterministici, oppure mediante calcoli statistici, oppure soggetti alle leggi del caos e della complessità. - Descrivere fenomeni quantistici che evidenziano il ruolo del principio di indeterminazione. Applicazioni attuali della fisica - Descrivere le basi di funzionamento di alcune tecniche e apparecchiature sviluppate nell ambito della ricerca in fisica e applicate a diversi settori come medicina (diagnostica, terapia), beni culturali (datazione, restauro), ambiente (inquinamento, traffico). 20

21 COMMENTI SUGLI OBIETTIVI SPECIFICI DI APPRENDIMENTO DELLA FISICA NEI LICEI STRUMENTI, MODELLI E PROCEDURE I contenuti di questa tabella indicano i passi caratteristici e le abilità di processo che devono accompagnare gli studenti lungo tutto il percorso in fisica. In quanto tali non sono distinti tra primo e secondo biennio. Essi individuano i modi di guardare ai fenomeni, selezionare proprietà e relazionare variabili per saper descrivere la fenomenologia in modo qualitativo e quantitativo. Vengono quindi individuate le modalità con cui si costruisce la teoria, integrando in processi formali sintesi sempre più ampie di contesti fenomenologici, e viene quindi guidata l interpretazione dei fenomeni, selezionando e adattando modelli il cui potere predittivo mette a confronto teorie e classi fenomenologiche. Lo sviluppo di processi mentali a cui si mira nel primo biennio è prevalentemente rivolto all osservazione e alla descrizione, con scopo di: - individuare le variabili rilevanti, - misurarle per rivelarne variazioni significative e per metterle in relazione fra di loro, - rappresentare e interpretare tali relazioni in forma matematica, anche mediante l utilizzo di grafici, - analizzare le variazioni con tecniche di differenze finite. Nel secondo biennio si mira, oltre al rafforzamento dei processi già avviati nel primo biennio, all avvio di una modellizzazione più formale come base di costruzione della teoria fisica e per la gestione di situazioni variamente complesse. 1) FENOMENI MECCANICI L interazione fra sistemi materiali nei fenomeni meccanici presenta concetti-chiave che devono essere resi presenti a tutti i livelli e richiamati in tutti i contesti (a livello almeno qualitativo fin dalle prime osservazioni fenomenologiche). 1 BIENNIO Nello studio dei fenomeni meccanici vengono proposti nel primo biennio aspetti mirati a e- saminare le caratteristiche dell interazione tra corpi e a costruire i concetti di forza ed energia oltre a quelli che ne stanno alla base. Il campo dei fenomeni meccanici è diviso in parti che raggruppano e classificano situazioni fenomenologiche idonee alla costruzione di concetti e nuclei concettuali. Interazione e forza Siamo in una fase iniziale di gestione della fenomenologia, con la caratterizzazione degli attori dell interazione e delle regole del gioco secondo le quali avviene l interazione. Si caratterizzano e si descrivono: - l interazione in termini del fare-subire forza/pressione in situazione statica fra sistemi diversi (come azione-reazione ) - le regole del fare-subire forza, - i diversi tipi di forza, in particolare la forza-peso (necessaria per introdurre un primo modo 21

22 di stabilire l unità di misura della forza, concettualmente diversa dall unità di misura della massa), - il legame tra forza e moto, - le condizioni di equilibrio, - la conservazione della quantità di moto per interpretare il terzo principio della dinamica. Spazio, tempo e moto Nella fase iniziale di gestione della fenomenologia, l osservazione e la descrizione dei possibili modi di muoversi e delle grandezze corrispondenti (spazio, tempo, velocità e accelerazione) permette di individuare: - gli aspetti cinematici differenziali (velocità come distanza percorsa nell intervallo di tempo, accelerazione come cambiamento di velocità nell intervallo di tempo), - quelli integrali (distanza percorsa, velocità raggiunta alla fine dell accelerazione), - quelli vettoriali (direzione relativa a un certo riferimento). Onde meccaniche Il concetto di onda è un fecondo descrittore di fenomeni fisici che interessano una varietà di aree e contesti, scientifici e tecnologici. Nel primo biennio si affronta lo studio cinematico della propagazione ondosa che viene completato dall applicazione delle conoscenze acquisite al caso delle onde sonore, anche dal punto di vista dell analisi del senso dell udito. Energia e lavoro In questa fase si costruiscono altre variabili significative per interpretare le interazioni. In particolare si caratterizzano e si descrivono gli aspetti energetici, esplicitando anche le relazioni fra tale descrizione e quella in termini di forze. Si caratterizzano e si descrivono: - le regole dell immagazzinare-trasferire-trasformare energia in presenza di forze, - l introduzione della nozione ausiliaria di lavoro per correlare quantitativamente forza ed energia trasferita (aspetti integrali dell interazione), - l energia di configurazione (energia potenziale) in situazioni diverse, - l energia associata al movimento come chiave dei trasferimenti di energia da un sistema a un altro, - la lettura secondo energia dei trasferimenti: dissipativo, in presenza di attriti, reversibile attraverso movimento, - la definizione di sistema e la prima modellizzazione dell energia interna su base meccanica. 2 BIENNIO Forza, moto e relatività Nel secondo biennio si completa l apprendimento con aspetti a livello più alto di astrazione e complessità, e con l inquadramento nell ambito generale del sistema di riferimento, che porta ai concetti base della teoria della relatività. La relatività viene proposta a tutti i Licei nei suoi e- lementi fondamentali, sufficienti però per far capire la portata delle idee relativistiche riguardanti la revisione dei concetti di tempo e spazio e la relazione fra massa ed energia. Concetti base di relatività ristretta, quali il principio di relatività, la dilatazione del tempo, l equivalenza massa-energia e i concetti a essi propedeutici (sistemi di riferimento in moto relativo) vengono proposti per tutti i Licei, come base culturale necessaria per comprendere il linguaggio della relatività e le più rilevanti fenomenologie collegate. Inoltre, si approfondisce lo studio del moto modellizzando, matematicamente e graficamente, le leggi del moto in situazioni particolarmente rilevanti (caduta dei gravi e moto armonico). 22

23 E di fondamentale importanza in questa fase la utilizzazione delle tecnologie informatiche per lo sviluppo di abilità mirate alla comprensione dei concetti. Oscillatori accoppiati e sistemi continui Attraverso l esame dei processi di trasferimento/scambio di energia tra sistemi elementari discreti interagenti tra loro e via via più numerosi, si approfondiscono le proprietà dei sistemi materiali con particolare attenzione ai parametri che determinano il loro modo di oscillare. Lo studio delle condizioni necessarie perché in tali sistemi si stabiliscano onde stazionarie introduce i concetti base su cui costruire i modelli attuali della struttura microscopica della materia, fornisce la chiave per comprendere il funzionamento dei dispositivi produttori di suono ed evidenzia il fatto che sistemi continui possono dimostrare comportamenti discreti. Si evidenzia inoltre come, dopo una prima fase di esplorazione su oggetti concreti, si può facilitare la costruzione dei concetti usando adeguate simulazioni al calcolatore, per poi tornare all esperimento per controllare l efficacia dei modelli analizzati. 1 BIENNIO 2) FENOMENI TERMICI Nel primo biennio la fenomenologia dell interazione tra sistemi a temperatura diversa viene proposta al fine di consolidare i concetti di temperatura e quantità di calore, che saranno stati oggetto di studi precedenti. La trattazione si focalizza sui concetti di equilibrio e di evoluzione verso l equilibrio, fondamentali per la comprensione del significato di tali grandezze. L analisi parte dalla osservazione e dalla misurazione di fenomeni facilmente riproducibili, mirando all introduzione di modelli che descrivono la natura della temperatura e della pressione, i processi di scambio di calore attraverso la conduzione termica, i vari processi di riscaldamento/raffreddamento come effetti macroscopici di fenomeni che interessano i componenti microscopici dei corpi. Inoltre, attraverso il primo principio della termodinamica, viene introdotta l ipotesi, di un tipo di energia interna ai corpi, associata alla temperatura. 2 BIENNIO Nel secondo biennio si completa il quadro con aspetti a livello più alto di astrazione, approfondendo l analisi dei processi che avvengono durante l evoluzione verso l equilibrio termico; ciò porta al secondo principio della termodinamica e ai concetti di entropia e irreversibilità, fondamentali per comprendere molte applicazioni della termodinamica in fenomeni naturali e tecnologici. La riflessione sull irreversibilità viene proposta a tutti i Licei nei suoi elementi di base, sufficienti però per far capire la portata dell idea e le sue implicazioni, con approfondimenti su a- spetti più avanzati, in particolare sull entropia, per alcuni Licei. La discussione, prevalentemente svolta con riferimento al livello macroscopico, affronterà in modo semplice anche il livello microscopico correlandosi alle conoscenze di tipo statistico previste per questo livello scolare nelle indicazioni degli Obiettivi Specifici di Apprendimento per la matematica. Ulteriori integrazioni in questa direzione vengono proposte per i Licei Scientifico e Tecnologico. 23

24 1 BIENNIO 3) FENOMENI ELETTRICI E MAGNETICI A partire dalla interazione di origine elettrica (già parzialmente sperimentata al primo biennio nell area tematica Fenomeni Meccanici-Interazione e Forza) si introducono: - il concetto di carica elettrica e la legge di Coulomb, - il condensatore come magazzino temporaneo di cariche elettriche, - la corrente come moto reale di cariche elettriche, - il collegamento tra aspetti macroscopici e microscopico-strutturali che possono spiegare i fenomeni di elettrizzazione, induzione e polarizzazione in elettrostatica, - il collegamento tra aspetti macroscopici e microscopico-strutturali che possono spiegare la corrente e la resistenza elettrica (moto delle cariche in un mezzo con attrito, da cui l effetto Joule), - il raccordo tra circuiti elettrici e campo magnetico, - il collegamento tra aspetti macroscopici e microscopico-strutturali che possono spiegare la polarizzazione magnetica della materia. 2 BIENNIO Si propone di affrontare per tutti i licei una riflessione sul concetto di campo e sulle caratteristiche generali dell interazione e dell energia trasmesse attraverso il campo, fino a introdurre a livello qualitativo l onda elettromagnetica, che trasporta a distanza l interazione e l energia. Tali concetti vengono proposti a tutti i Licei nei suoi elementi di base, sufficienti però per far capire la portata dell idea e le sue implicazioni, con approfondimenti per i Licei Scientifico e Tecnologico su aspetti più avanzati, in particolare, sugli aspetti formali riguardanti le equazioni di Maxwell e su diversi temi di interesse per le applicazioni di corrente ed energia elettrica. 1 BIENNIO 4) FENOMENI LUMINOSI Il punto di partenza è l analisi delle osservazioni e descrizioni della fenomenologia quotidiana, per giungere a costruire i concetti astratti legati alla natura della luce. Nel primo biennio si mira anzitutto ad una descrizione cinematica dei fenomeni luminosi, per costruire le relazioni geometriche che consentono di prevedere i percorsi della luce nel vuoto e nella materia. Lo studio è quindi orientato fortemente verso i fenomeni ottici che riguardano la propagazione della luce nell aria, nei mezzi materiali e nei punti di discontinuità tra mezzi diversi: si lavora con specchi, prismi, lenti, fibre ottiche, sistemi per formare immagini. Si esplorano poi le interazioni luce-materia in relazione ai loro aspetti energetici nelle sorgenti luminose, nei mezzi attraversati dalla luce, negli oggetti illuminati, con riferimento alla conservazione, al trasferimento e alla trasformazione dell energia luminosa, preparando una base per gli approfondimenti del secondo biennio. 2 BIENNIO Si osservano fenomeni difficilmente spiegabili con lo schema a raggi utilizzato nel primo biennio, ma facilmente interpretabili con un ipotesi ondulatoria, da cui la necessità di reinterpretare lo schema a raggi nel nuovo contesto. Si studiano altre evidenze che a loro volta non sono spiegabili con il modello ondulatorio e si delinea il limite di validità della fisica classica e la necessità che ha portato alle due visioni - onda e corpuscolo - e ai loro diversi campi di applicazione. Emerge il problema della diversa natura della luce in relazione al suo comportamento in con- 24