LICEO SCIENTIFICO STATALE G. Galilei a. s. 2014/15 PROGRAMMA SVOLTO DI FISICA

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1 FISICA Classi: I B, I C, I E LA MISURA E GLI ERRORI Proporzioni. Percentuali. Formule e formule inverse. La Fisica e le leggi della natura. Il metodo sperimentale. Le grandezze fisiche. Misure dirette e indirette. Grandezze omogenee e non omogenee. Il Sistema Internazionale di unità di misura. Unità dell intervallo di tempo. Unità di lunghezze, aree e volumi. Conversione di unità di misura. Le caratteristiche degli strumenti di misura. Le cifre significative. La notazione scientifica. Ordine di grandezza. Operazioni e cifre significative. Stime numeriche. Il calibro. Errori di misura e incertezza della misura. Misure ripetute. La media. L errore assoluto, relativo e percentuale. Massa e densità. La propagazione degli errori nelle misure indirette. LA RAPPRESENTAZIONE DI DATI E FENOMENI Le rappresentazioni di un fenomeno: tabella, grafico e formula Le grandezze direttamente proporzionali. La proporzionalità inversa. La dipendenza lineare. La proporzionalità quadratica. I grafici sperimentali; scelta della scala; rappresentazione degli errori nei grafici Lettura di un grafico: funzioni crescenti/decrescenti, funzioni costanti. La "linearizzazione" di una dipendenza di tipo inverso o quadratico OTTICA GEOMETRICA La propagazione della luce. La riflessione della luce. Gli specchi piani. Costruzione dell immagine. Gli specchi sferici. Costruzione dell immagine. L equazione dei punti coniugati. L ingrandimento. La rifrazione della luce. La riflessione totale. Le lenti. Costruzione dell immagine prodotta da una lente. L equazione delle lenti sottili. L ingrandimento I miraggi Gli strumenti ottici. L occhio e la visione. La dispersione della luce. I VETTORI Scalari e vettori. Le componenti di un vettore. Somma e sottrazione di vettori. Il prodotto di un vettore per uno scalare. LE FORZE Le forze. Gli effetti delle forze. La misura delle forze. La forza peso. Gli allungamenti elastici. La legge di Hooke. ESPERIENZE DI LABORATORIO - Misura di lunghezze per confronto (tranne I B) - Strumenti di misura. Principali caratteristiche - Il calibro ventesimale; il calibro decimale - Misure dirette di lunghezza (calibro e misure ripetute) - Misure di densità di solidi, liquidi e gas. - Misura del periodo del pendolo semplice. Costruzione del grafico sperimentale periodo al quadrato-lunghezza del pendolo

2 - Misura della densità di un metallo - Formazione di ombre e penombre. - Specchi piani. Localizzazione dell'immagine - Funzionamento del disco di Hartl; la riflessione della luce su uno specchio piano e sugli specchi sferici. Gli specchi sferici: localizzazione dell'immagine nei vari casi possibili. - La rifrazione; la riflessione totale. - Lenti convergenti e divergenti: utilizzo del disco di Hartl (tranne I C) Corso pomeridiano organizzato dalla scuola. Recupero mattutino in itinere. Studio individuale.

3 FISICA Classe: II E L EQUILIBRIO DEI FLUIDI La pressione. La pressione nei fluidi. Il Principio di Pascal. Equilibrio statico nei fluidi. La legge di Stevino. La pressione atmosferica. Il principio di Archimede e il galleggiamento. Applicazioni del principio di Archimede. LA TEMPERATURA E IL CALORE La misura della temperatura. Le scale termometriche. La dilatazione termica. Dilatazione lineare. Dilatazione volumetrica dei solidi. Dilatazione volumetrica dei liquidi. Il calore. La propagazione del calore. La legge fondamentale della calorimetria. Il calore specifico di una sostanza. La capacità termica di un corpo. L equilibrio termico. I cambiamenti di stato. CINEMATICA UNIDIMENSIONALE Descrizione del moto. Il sistema di riferimento. La rappresentazione grafica del moto. Il diagramma orario. La velocità media. La velocità istantanea. Il moto rettilineo uniforme. Legge oraria del moto rettilineo uniforme. Grafico spazio-tempo Il moto vario. L accelerazione media e istantanea. Grafico velocità-tempo. Il moto rettilineo uniformemente accelerato. Legge della velocità e legge oraria del moto rettilineo uniformemente accelerato. Oggetti in caduta libera. LE LEGGI DEL MOTO DI NEWTON Il primo principio della dinamica. Sistemi di riferimento inerziali. Il secondo principio della dinamica. Il terzo principio della dinamica. Forza premente su una superficie e reazione vincolare. Le forze di attrito. Corde e tensione. Oggetti collegati. Il moto in un fluido. Il moto su un piano inclinato. Schemi del corpo libero. ESPERIENZE DI LABORATORIO - Esperienze di idrostatica (mulinello idraulico, manometro a membrana, manometro a forma di U con scala graduata, manometro con lancetta per paradosso idrostatico) - Vasi comunicanti e vasi capillari - Esperienze riguardanti la pressione atmosferica (pompa a vuoto, crepavesciche, emisferi di Magdeburgo) - La spinta di Archimede (bilancia idrostatica, baroscopio, diavoletto di Cartesio) - Verifica quantitativa del principio di Archimede - Temperatura di equilibrio termico. Costruzione del grafico sperimentale temperatura-tempo - Osservazioni qualitative sulla dilatazione termica di solidi, liquidi e gas (dilatoscopio lineare, dilatoscopio cubico, etc.) - Riscaldamento di una massa di acqua. Costruzione dei grafici sperimentali variazione di temperatura-tempo e variazione di temperatura-massa - La propagazione del calore. Esperienze qualitative su conduzione e convezione (strumento per la conduzione con termometri, cassetta di Ingenhousz, strumento per i moti convettivi nei liquidi)

4 - Misura dell equivalente in acqua del calorimetro. - Misura del calore specifico del rame - Il rigelo e la soprafusione - Ebollizione dell acqua e pressione (ebollizione dell'acqua a temperatura ambiente) - Una camminata nel corridoio. Costruzione del grafico sperimentale spazio-tempo - Funzionamento della rotaia a cuscino d'aria. Il marcatempo - Funzionamento dell air table. Il moto rettilineo uniforme. Costruzione dei grafici sperimentali spazio-tempo e velocità-tempo - Moto uniformemente accelerato (air table). Costruzione dei grafici sperimentali spazio-tempo e velocitàtempo - Moto di caduta di un grave. Diagramma spazio-tempo - Il tubo di Newton. - Verifica sperimentale del secondo principio della dinamica (air table) Studio individuale

5 FISICA Classe: II S L EQUILIBRIO DEI FLUIDI La pressione. La pressione nei fluidi. Il Principio di Pascal. Equilibrio statico nei fluidi. La legge di Stevino. La pressione atmosferica. Il principio di Archimede e il galleggiamento. Applicazioni del principio di Archimede. LA TEMPERATURA E IL CALORE La misura della temperatura. Le scale termometriche. La dilatazione termica. Dilatazione lineare. Dilatazione volumetrica dei solidi. Dilatazione volumetrica dei liquidi. Il calore. La propagazione del calore. La legge fondamentale della calorimetria. Il calore specifico di una sostanza. La capacità termica di un corpo. L equilibrio termico. I cambiamenti di stato. CINEMATICA UNIDIMENSIONALE Descrizione del moto. Il sistema di riferimento. La rappresentazione grafica del moto. Il diagramma orario. La velocità media. La velocità istantanea. Il moto rettilineo uniforme. Legge oraria del moto rettilineo uniforme. Grafico spazio-tempo Il moto vario. L accelerazione media e istantanea. Grafico velocità-tempo. Il moto rettilineo uniformemente accelerato. Legge della velocità e legge oraria del moto rettilineo uniformemente accelerato. Oggetti in caduta libera. LE LEGGI DEL MOTO DI NEWTON Il primo principio della dinamica. Sistemi di riferimento inerziali. Il secondo principio della dinamica. Il terzo principio della dinamica. Forza premente su una superficie e reazione vincolare. Schemi del corpo libero. ESPERIENZE DI LABORATORIO - Esperienze di idrostatica (mulinello idraulico, manometro a membrana, manometro a forma di U con scala graduata, manometro con lancetta per paradosso idrostatico). Vasi comunicanti - Esperienze riguardanti la pressione atmosferica (pompa a vuoto, crepavesciche, emisferi di Magdeburgo) - La spinta di Archimede (bilancia idrostatica, diavoletto di Cartesio) - La propagazione del calore. Esperienze qualitative su conduzione e convezione (strumento per la conduzione con termometri, cassetta di Ingenhousz, strumento per i moti convettivi nei liquidi) - Il rigelo e la soprafusione. - Ebollizione dell acqua e pressione (ebollizione dell'acqua a temperatura ambiente) - Una camminata nel corridoio. Costruzione del grafico sperimentale spazio-tempo - Funzionamento dell air table. Il moto rettilineo uniforme. Costruzione dei grafici sperimentali spazio-tempo e velocità-tempo - Moto uniformemente accelerato (air table). Costruzione dei grafici sperimentali spazio-tempo e velocità-tempo - Il tubo di Newton. Corso pomeridiano organizzato dalla scuola. Studio individuale.

6 FISICA Classe: III D MECCANICA DELLE PARTICELLE Il moto nel piano - I moti rettilinei (richiami) - I moti non rettilinei - Il moto circolare uniforme - Il moto parabolico La dinamica newtoniana - I principi della dinamica (richiami) - Schemi del corpo libero - Forza premente su una superficie e reazione vincolare - Applicazioni dei principi della dinamica: forze di attrito; corde e tensione; piano inclinato; oggetti collegati La relatività del moto - La relatività galileiana - I sistemi di riferimento non inerziali Le leggi di conservazione - Il lavoro - Energia cinetica e teorema delle forze vive - Le forze conservative e dissipative - Energia potenziale gravitazionale. Energia potenziale elastica - La legge di conservazione dell energia meccanica - La legge di conservazione dell energia totale - La quantità di moto - Quantità di moto e seconda legge di Newton - La legge di conservazione della quantità di moto - L impulso - Gli urti - Il centro di massa MECCANICA DEI CORPI ESTESI La dinamica dei fluidi - Fluido e flusso ideali - Equazione di continuità - La conservazione della densità di energia: dimostrazione dell equazione di Bernoulli. L'equazione di Bernoulli come legge di Stevino estesa ai fluidi in movimento - Applicazioni dell equazione di Bernoulli: pressione e velocità; portanza; legge di Torricelli La dinamica dei corpi rigidi - Richiami di meccanica: equilibrio statico di un punto materiale; equilibrio statico di un corpo rigido - Moto rototraslatorio dei corpi rigidi - Cinematica rotazionale - Relazioni tra grandezze lineari e rotazionali - Il moto di puro rotolamento - Energia cinetica di rotazione e momento d inerzia - Conservazione dell energia meccanica nel moto di puro rotolamento - La legge fondamentale della dinamica rotazionale - Il momento angolare. La conservazione del momento angolare GRAVITAZIONE UNIVERSALE - I modelli del cosmo; dai modelli geocentrici al sistema copernicano - Le leggi di Keplero - La legge della gravitazione universale di Newton - Attrazione gravitazionale tra corpi sferici. Esperimento di Cavendish - Massa inerziale e massa gravitazionale; il principio di equivalenza

7 - Legge della gravitazione universale di Newton e leggi di Keplero: dimostrazione della seconda e della terza legge. I satelliti geostazionari - Il campo gravitazionale - Energia potenziale gravitazionale - Conservazione dell energia nei fenomeni gravitazionali. Il moto dei satelliti ESPERIENZE DI LABORATORIO - Moto circolare uniforme e moto rettilineo uniforme (air table). - Il moto parabolico. Costruzione del grafico sperimentale x-y per la determinazione della traiettoria. - Urto in una dimensione; verifica sperimentale della conservazione della quantità di moto. - Urto elastico in due dimensioni con l air table (esperienza quantitativa) - Principi di conservazione: verifica qualitativa dell'effetto Venturi e della conservazione del momento angolare (sgabello girevole) Corso pomeridiano organizzato dalla scuola. Studio individuale.

8 MATEMATICA Classe: III D Ripasso Disequazioni intere e fratte; sistemi di equazioni e di disequazioni; equazioni e disequazioni con il valore assoluto; equazioni irrazionali Le funzioni - Relazioni e funzioni. Modellizzazioni reali mediante funzioni. - Le funzioni numeriche e loro classificazione rispetto all espressione analitica - Le funzioni definite per casi. - Disegnare il valore assoluto di una funzione, noto il suo grafico. - Dominio, codominio, zeri di una funzione. Determinazione analitica del campo di esistenza di funzioni polinomiali, fratte, irrazionali e contenenti valori assoluti. - Positività, negatività, crescenza e decrescenza di una funzione mediante approccio grafico - Lettura qualitativa di funzioni dato il grafico - Funzioni iniettive, suriettive, biiettive - Funzioni pari e dispari (via grafica e algebrica) - Composizione di funzioni. - Invertibilità e funzione inversa. Determinazione dell equazione analitica e ricerca di dominio e codominio Il piano cartesiano - Sistema di riferimento cartesiano, distanza tra due punti, punto medio di un segmento, baricentro di un triangolo. - Simmetria centrale La retta - Equazione implicita ed esplicita di una generica retta passante e non passante per l origine. - Il coefficiente angolare - Rette parallele e perpendicolari. Posizione reciproca tra due rette. - Retta passante per due punti. - Distanza di un punto da una retta - Luoghi geometrici e retta: asse di un segmento; bisettrice degli angoli formati da due rette - La simmetria assiale - Fasci propri e impropri di rette - Domini piani: rappresentazione grafica di disequazioni e di sistemi di disequazioni in due variabili - Rappresentazione grafica di particolari funzioni - Analisi delle funzioni lineari: approccio algebrico al dominio, eventuale simmetria, positività/negatività, crescenza/decrescenza, intersezione con gli assi cartesiani. La parabola - Caratterizzazione di parabole con asse parallelo all asse delle y e di parabole con asse parallelo all asse delle x - La traslazione - Risoluzione di disequazioni di secondo grado per via grafica - Posizione reciproca retta-parabola - Rette tangenti a una parabola - Determinazione dell equazione di una parabola - Rappresentazione grafica di alcune funzioni dedotte dalla parabola - Fasci di parabole - Analisi delle funzioni di secondo grado: approccio algebrico al dominio, eventuale simmetria, positività/negatività, crescenza/decrescenza, intersezione con gli assi cartesiani. - I sistemi parametrici e la parabola Le disequazioni irrazionali - Risoluzione algebrica e grafica delle equazioni e delle disequazioni irrazionali

9 La circonferenza - Caratterizzazione di una circonferenza e determinazione dell equazione - Posizione reciproca retta - circonferenza - Rette tangenti ad una circonferenza - Determinazione dell equazione di una circonferenza - Posizione reciproca di due circonferenze - Fasci di circonferenze - Rappresentazione grafica di alcune funzioni dedotte dalla circonferenza. Risoluzione grafica di equazioni e disequazioni irrazionali - I sistemi parametrici e la circonferenza L ellisse - Caratterizzazione di un ellisse e determinazione dell equazione - Posizione reciproca retta - ellisse - Rette tangenti all ellisse. Formula di sdoppiamento - Determinazione dell equazione di un ellisse - Rappresentazione grafica di alcune funzioni dedotte dall ellisse. Risoluzione grafica di equazioni e disequazioni irrazionali - Ellisse traslata; metodo del completamento del quadrato L iperbole - Caratterizzazione di un iperbole e determinazione dell equazione - Posizione reciproca retta - iperbole - Rette tangenti all iperbole. Formula di sdoppiamento - Rappresentazione grafica di alcune funzioni dedotte dall iperbole. Risoluzione grafica di equazioni e disequazioni irrazionali - Determinazione dell equazione di un iperbole - Iperbole traslata; metodo del completamento del quadrato - Iperbole equilatera riferita agli assi e riferita agli asintoti - La funzione omografica Trasformazioni geometriche - Grafici di funzioni deducibili per simmetrie e traslazioni: utilizzo del software Geogebra La trigonometria e la goniometria - Dal problema alle funzioni goniometriche: angoli e lati nei triangoli rettangoli; i teoremi sui triangoli rettangoli. - Le funzioni seno, coseno e tangente con la circonferenza goniometrica. Angoli orientati - Analisi delle funzioni goniometriche e principali caratteristiche: grafico, dominio, codominio, periodicità, simmetrie. - Le funzioni goniometriche di angoli particolari. - Angoli associati. - Le formule di addizione e di sottrazione - La funzione cotangente - Funzioni goniometriche e trasformazioni geometriche (tranne dilatazioni e contrazioni); utilizzo del software Geogebra - La misura degli angoli in radianti - Le funzioni goniometriche inverse. - Le funzioni secante e cosecante di un angolo (solo definizione) - Richiami sulla circonferenza: corde e archi; angoli al centro e angoli alla circonferenza; quadrilateri inscritti e circoscritti. - Applicazioni dei teoremi sui triangoli rettangoli Corso pomeridiano organizzato dalla scuola. Studio individuale.