ITT BUONARROTI MATERIA: S.I. FISICA E LABORATORIO

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1 ITT BUONARROTI MATERIA: S.I. FISICA E LABORATORIO Programmazione Quella che viene qui presentato è la programmazione per moduli disciplinari, nel quale vengono evidenziati: l idea stimolo; i tempi indicativi di realizzazione; i contenuti (quelli teorici e le corrispondenti attività di laboratorio); gli obiettivi (suddivisi in cognitivi e operativi); le verifiche. Con il simbolo sono indicati, a titolo puramente indicativo, gli argomenti che devono essere affrontati per il raggiungimento degli obiettivi minimi. VERIFICHE 2 verifiche per ambito per ogni quadrimestre (orale e laboratorio) mediante test, esercizi, problemi, relazioni, anche con l uso delle nuove tecnologie percorsi di recupero 1 - LE MISURE Idea stimolo Tempi Fare una misurazione è semplice o complicato? 1 mese e ½ - 2 mesi CONTENUTI Contenuti teorici Le misure e il risultato della misurazione L incertezza e l errore relativo Il Sistema Internazionale di Unità I tipi di errore Le serie di misure Le misure indirette Gli strumenti Le misure dirette Serie di misure e misure indirette Misura della densità

2 OBIETTIVI Cognitivi Definizione di grandezza fisica Concetto di unità di misura Caratteristiche principali del Sistema Internazionale di Unità Significato di incertezza ed errore relativo Differenza tra errori casuali ed errori sistematici Enunciati delle leggi di propagazione degli errori Caratteristiche principali degli strumenti Significato di serie di misure Operativi Scrittura di una misura Calcolo dell errore relativo Valutazione della precisione di una misura Determinazione della sensibilità di uno strumento Effettuazione di misure dirette Arrotondamento dei risultati delle misure Elaborazione di una serie di misure Utilizzo degli strumenti per le misurazioni Misure relative a grandezze derivate Stesura di un grafico

3 2 - LE FORZE E L EQUILIBRIO Idea stimolo Tempi Perché i grattacieli non crollano e le navi non affondano? 2 mesi circa CONTENUTI Contenuti teorici Le forze: definizione operativa La legge di Hooke I vettori L equilibrio del punto materiale L equilibrio sul piano inclinato L attrito Momento di una forza e di una coppia di forze L equilibrio del corpo rigido Il baricentro Le leve La pressione Le proprietà dei fluidi: la densità Il principio di Pascal La legge di Stevino e i vasi comunicanti Il principio di Archimede La pressione atmosferica La molla e la legge di Hooke Scomposizione delle forze L attrito Le leve Legge di Stevino Il principio di Archimede OBIETTIVI Cognitivi Significato e unità di misura di forza Differenza tra massa e peso Enunciato e formulazione matematica della legge di Hooke Lettura di qualunque grafico relativo a grandezze direttamente e inversamente proporzionali Significato di grandezza vettoriale Condizioni di equilibrio di un punto materiale Condizioni di equilibrio su un piano inclinato Che cosa sono le forze d attrito

4 Concetto di momento di una forza Condizioni di equilibrio di un corpo rigido esteso Classificazione delle leve Significato e unità di misura della pressione Significato e unità di misura della densità Enunciato del principio di Pascal Formulazione matematica della legge di Stevino Enunciato del principio di Archimede Operativi Applicazione della legge di Hooke (formule dirette, formule inverse, grafico) Utilizzazione del dinamometro per la misura delle forze Verifica della legge di Hooke Effettuazione grafica di operazioni di somma tra vettori Verifica del carattere vettoriale delle forze Analisi degli effetti del piano inclinato Quantificazione del ruolo dell attrito in situazioni statiche Studio del momento di una forza per l individuazione delle condizioni di equilibrio di un corpo rigido Applicazione della formula della pressione e della densità Applicazione del principio di Pascal e della legge di Stevino Applicazione della relazione che esprime la spinta di Archimede Analisi degli effetti della spinta di Archimede

5 3 LE FORZE E IL MOTO Idea stimolo Tempi Che cosa succede alla velocità quando appare l accelerazione? 2 mesi 2 mesi e ½ CONTENUTI Contenuti teorici La velocità Diagramma orario del moto uniforme La legge oraria del moto uniforme La legge oraria nel caso generale Spostamento e velocità come vettori L accelerazione La legge oraria del moto rettilineo uniformemente accelerato Il grafico spazio-tempo del moto rettilineo uniformemente accelerato Il moto vario Il moto circolare uniforme Il pendolo semplice Il primo principio della dinamica Le trasformazioni di Galileo La relazione tra forza e accelerazione e il secondo principio La massa inerziale Il terzo principio della dinamica La caduta dei gravi: relazione tra massa e peso La gravitazione universale Le leggi di Keplero Il concetto di campo gravitazionale Il moto vario rettillineo Il moto rettilineo uniformemente accelerato La velocità media Il secondo principio della dinamica (F, a) Il secondo principio della dinamica (m, a) L accelerazione di gravità Il terzo principio della dimnamica Il moto circolare uniforme

6 OBIETTIVI Cognitivi Significato e unità di misura della velocità Legge oraria del moto rettilineo uniforme Significato e unità di misura dell accelerazione Legge oraria del moto rettilineo uniformemente accelerato Caratteristiche del moto circolare uniforme Relazioni tra velocità tangenziale, periodo e frequenza Caratteristiche del moto armonico Legge del periodo del pendolo semplice Enunciato dei tre principi fondamentali della dinamica Riconduzione del legame forza-accelerazione alla proporzionalità diretta Caratteristiche della caduta libera e del moto sul piano inclinato Differenza tra massa e peso Enunciato della legge di gravitazione universale Enunciato delle tre leggi di Keplero Concetto di campo e caratteristiche del vettore campo gravitazionale Operativi Applicazione della legge oraria del moto uniforme Trasformazione in km/h della velocità espressa in m/s e viceversa la misura della velocità Applicazione delle leggi del moto uniformemente accelerato Tracciamento del grafico spazio-tempo a partire dalle leggi orarie del moto Applicazione delle leggi del moto circolare uniforme Calcolo e rappresentazione vettoriale della velocità tangenziale Utilizzo della relazione tra forza, massa e accelerazione del secondo principio della dinamica Verifica del secondo principio della dinamica con massa costante Applicazione delle leggi del moto rettilineo uniformemente accelerato al caso della caduta libera e del piano inclinato Determinazione del peso di un corpo conoscendone la massa e viceversa Calcolo della forza di attrazione gravitazionale Verifica del valore dell accelerazione di gravità

7 4 ENERGIA E CONSERVAZIONE Idea stimolo Tempi Perché la Luna non cade sulla Terra? 2 mesi e ½ CONTENUTI Contenuti teorici Il lavoro, la potenza e l energia L energia cinetica e il teorema delle forze vive L energia potenziale gravitazionale L energia potenziale elastica Il principio di conservazione dell energia meccanica La molla e la conservazione dell energia meccanica Il principio di conservazione della quantità di moto Gli urti Concetti di momento d inerzia e momento angolare Il teorema delle forze vive La conservazione dell energia meccanica La conservazione della quantità di moto Urti elastici e anelastici Pendolo a lamentta OBIETTIVI Cognitivi Significato di lavoro, di energia e di potenza Differenza tra energia cinetica e potenziale Riconduzione del legame altezza-energia potenziale gravitazionale alla proporzionalità diretta Riconduzione del legame velocità-energia cinetica e allungamento-energia potenziale elastica alla proporzionalità quadratica Definizione dell energia meccanica Enunciato del principio di conservazione dell energia meccanica Enunciato del principio di conservazione della quantità di moto Classificazione degli urti (elastici e anelastici) Definizione di momento d inerzia e momento angolare Operativi Determinazione del lavoro compiuto da una forza e della potenza sviluppata Calcolo dell energia cinetica, potenziale gravitazionale ed elastica

8 Trasformazione del lavoro da energia cinetica Calcolo dell energia meccanica Uso del principio di conservazione dell energia meccanica Uso del principio di conservazione della quantità di moto Valutazione del tipo di urto in base alla conservazione dell energia cinetica Misurazione dell energia cinetica e potenziale Verifica della conservazione dell energia meccanica

9 5 L EQUILIBRIO TERMICO Idea stimolo Tempi È possibile avere freddo quando ci sono 40 gradi all ombra? 1 mese e ½ - 2 mesi CONTENUTI Contenuti teorici La temperatura e il termometro L equilibrio termico L interpretazione microscopica della temperatura La dilatazione termica lineare La dilatazione cubica Il concetto di calore Il calore specifico La capacità termica e la caloria La propagazione del calore Gli atomi e le molecole I cambiamenti di stato Leggi dei gas Dal termoscopio al termometro La dilatazione termica La capacità termica del calorimetro Il calore specifico dei solidi I cambiamenti di stato Trasformazione di lavoro in calore e viceversa OBIETTIVI Cognitivi Definizione operativa di temperatura Le principali scale di temperatura Significato di equilibrio termico Interpretazione microscopica della temperatura Definizione del coefficiente di dilatazione termica lineare Definizione del coefficiente di dilatazione cubica per i solidi e per i liquidi Equazione fondamentale della calorimetria Definizione di calore specifico e relativa unità di misura Definizione di capacità termica e relativa unità di misura Modalità di propagazione del calore Modello atomico Cambiamenti di stato

10 Operativi Trasformazione del valore di una temperatura da una scala all altra Applicazione del principio di equilibrio termico Effettuazione della taratura di un termometro Applicazione della legge di dilatazione lineare Applicazione della legge di dilatazione cubica dei solidi e dei liquidi Misurazione del coefficiente di dilatazione termica lineare Applicazione dell equazione fondamentale della calorimetria Determinazione del calore specifico dei solidi Applicazione della legge della conduzione termica Applicazione della formula relativa al calore latente di fusione e di vaporizzazione Analisi dei cambiamenti di stato dell acqua

11 7 L EQUILIBRIO ELETTRICO Idea stimolo Tempi Che cos hanno in comune i capelli attirati dal pettine e i fulmini? 2 settimane CONTENUTI Contenuti teorici L elettrizzazione per strofinio I conduttori e gli isolanti L elettrizzazione per contatto L elettrizzazione per induzione La legge di Coulomb La polarizzazione dei dielettrici Il campo elettrico L energia potenziale elettrica La differenza di potenziale elettrico I condensatori Modalità di elettrizzazione dei corpi La conservazione della carica elettrica Le linee di forza del campo elettrico Carica e scarica di un condensatore OBIETTIVI Cognitivi Descrizione e interpretazione dell elettrizzazione per strofinio, contatto e induzione Differenza tra conduttori, isolanti e semiconduttori Legge di Coulomb nel vuoto e nella materia In che cosa consiste la polarizzazione di un dielettrico Distribuzione delle cariche nei conduttori Definizione del vettore campo elettrico Significato e unità di misura dell energia potenziale elettrica Significato e unità di misura della differenza di potenziale Caratteristiche dei condensatori Capacità di un condensatore piano e sua unità di misura Differenza di potenziale fra le armature di un condensatore piano Operativi Applicazione della legge di Coulomb nel vuoto Analisi delle diverse modalità di elettrizzazione dei corpi Utilizzazione della definizione del vettore campo elettrico

12 Rappresentazione grafica di un campo elettrico Applicazione della definizione di differenza di potenziale elettrico Utilizzazione della formula della capacità di un condensatore piano Utilizzazione della formula della d.d.p. fra le armature di un condensatore piano Individuazione delle linee di forza dei campi elettrici

13 8 CARICHE ELETTRICHE IN MOTO Idea stimolo Tempi Che fine fanno gli elettroni di una corrente elettrica? 2 mesi CONTENUTI Contenuti teorici La corrente elettrica La prima legge di Ohm L effetto Joule Il generatore Resistenze in serie e in parallelo Gli strumenti di misura: amperometro e voltmetro Condensatori in serie e in parallelo La seconda legge di Ohm La relazione tra resistività e temperatura Cenni sui semiconduttori Cenni sui superconduttori La prima legge di Ohm Effetto Joule Circuiti con elementi in serie e in parallelo La resistività Curva caratteristica di una lampadina OBIETTIVI Cognitivi Significato di corrente elettrica e unità di misura della sua intensità Caratteristiche di un circuito elementare Enunciato della prima legge di Ohm Significato e unità di misura della resistenza elettrica Interpretazione dell effetto Joule Caratteristiche principali del moto delle cariche elettriche nei liquidi e nei gas Significato e unità di misura della forza elettromotrice Comportamento dei resistori in serie e in parallelo Principio di Kirchhoff Comportamento dei condensatori in serie e in parallelo Significato e unità di misura della resistività Enunciato della seconda legge di Ohm Relazione tra resistività e temperatura Caratteristiche generali dei semiconduttori

14 Caratteristiche generali dei superconduttori Operativi Applicazione della definizione di corrente elettrica Applicazione della prima legge di Ohm Rappresentazione del grafico ( V, I) e interpretazione della pendenza della retta corrispondente Determinazione della potenza dissipata da un conduttore Verifica sperimentale della validità della prima legge di Ohm Utilizzazione della formula della forza elettromotrice Determinazione della resistenza equivalente nei collegamenti di resistori in serie e in parallelo Determinazione della capacità equivalente nei collegamenti di condensatori in serie e in parallelo Realizzazione del collegamento dei resistori in serie e in parallelo Applicazione della seconda legge di Ohm Applicazione della relazione tra resistività e temperatura Determinazione della resistività di vari materiali conduttori Verifica della dipendenza della resistenza dalla lunghezza e dalla sezione del conduttore

15 9 INTRODUZIONE ALLO STUDIO DEL MAGNETISMO E L ELETTROMAGNETISMO Idea stimolo Tempi Come funziona l altoparlante? 1 mese CONTENUTI Contenuti teorici Il campo magnetico L esperienza di Oersted: interazione magnete-corrente elettrica L esperienza di Ampère: interazione corrente-corrente Il vettore campo magnetico La forza di Lorentz Il filo rettilineo La spira circolare Il solenoide Il magnetismo e la materia Il motore elettrico Le correnti elettriche indotte Le leggi di Faraday-Neumann e di Lenz Le linee di forza del campo magnetico L elettrocalamita Il motore elettrico Il campo magnetico terrestre OBIETTIVI Cognitivi Proprietà dei magneti Caratteristiche del campo magnetico terrestre Modalità di interazione tra magnete e corrente elettrica Modalità di interazione tra fili percorsi da corrente Definizione del vettore campo magnetico e sua unità di misura Espressione della forza di Lorentz Il campo magnetico del filo rettilineo Il campo magnetico della spira circolare Il campo magnetico del solenoide Differenza tra sostanze ferromagnetiche, paramagnetiche e diamagnetiche Come funziona il motore elettrico Definizione e unità di misura del flusso del campo magnetico Enunciato delle leggi di Faraday-Neumann e di Lenz

16 Come funziona l alternatore e caratteristiche della corrente alternata Principio di funzionamento del trasformatore statico Operativi Applicazione della formula dell interazione tra fili percorsi da corrente (Ampère) Applicazione della definizione del modulo di B Rilevazione delle linee di forza dei campi magnetici Studio della deviazione dell ago magnetico in prossimità di un filo attraversato da corrente Applicazione della formula di Biot-Savart Calcolo del campo magnetico al centro di una spira circolare Calcolo del campo magnetico all interno di un solenoide Costruzione di una elettrocalamita Determinazione del campo magnetico terrestre Studio del motore elettrico Applicazione della definizione di flusso di campo magnetico Applicazione della legge di Faraday-Neumann