PROGRAMMAZIONE DI FISICA QUINTO ANNO INDIRIZZO SCIENTIFICO OPZIONE SCIENZE APPLICATE A.S. 2016/2017

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1 INDICE PROGRAMMAZIONE DI FISICA QUINTO ANNO INDIRIZZO SCIENTIFICO OPZIONE SCIENZE APPLICATE A) Linee generali e competenze B) Obiettivi specifici di apprendimento C) Modalità di verifica D) Programmazione classe V A.S. 2016/2017 A) LINEE GENERALI E COMPETENZE La stesura della programmazione didattica di dipartimento per la classe quinta del liceo scientifico tiene conto delle indicazioni del Parlamento europeo e del Consiglio del 7 settembre 2006 e del DM 139 del 22 agosto 2007, che le fa proprie, e coniuga i saperi in termini di conoscenze, abilità/capacità e competenze. Conoscenze : indicano il risultato dell assimilazione di informazioni attraverso l apprendimento. Le conoscenze sono l insieme di fatti, principi, teorie e pratiche, relative a un settore di studio o di lavoro; le conoscenze sono descritte come teoriche e/o pratiche. Abilità : indicano le capacità di applicare conoscenze e di usare know-how per portare a termine compiti e risolvere problemi; le abilità sono descritte come cognitive (uso del pensiero logico, intuitivo e creativo) e pratiche (che implicano l abilità manuale e l uso di metodi, materiali, strumenti). Competenze : indicano la comprovata capacità di usare conoscenze, abilità e capacità personali, sociali e/o metodologiche, in situazioni di lavoro o di studio e nello sviluppo professionale e/o personale; le competenze sono descritte in termine di responsabilità e autonomia. Lo studente, durante il suo percorso liceale deve apprendere i concetti fondamentali della fisica, le leggi e le teorie che li esplicitano, acquisendo consapevolezza del valore conoscitivo della disciplina e del nesso tra lo sviluppo della conoscenza fisica ed il contesto storico e filosofico in cui essa si è sviluppata. In particolare, lo studente deve saper: osservare e identificare fenomeni; formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi; formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione; fare esperienza e rendere ragione del significato dei vari aspetti del metodo sperimentale, dove l esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, scelta delle variabili significative, raccolta e analisi critica dei dati e dell'affidabilità di un processo di misura, costruzione e/o validazione di modelli; comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive. Il dipartimento di fisica, per quanto possibile, in collaborazione con altri insegnanti (in particolare con quelli di matematica, scienze, storia e filosofia) promuoverà collaborazioni tra il Liceo Tron e Università, enti di ricerca, musei della scienza e mondo del lavoro. Nel corso del quinto anno il percorso didattico da maggiore rilievo all'impianto teorico (Le leggi della fisica) ed alla sintesi formale (Strumenti e modelli matematici), con l'obiettivo di formulare e risolvere problemi più impegnativi di quelli affrontati negli anni precedenti, tratti anche dall'esperienza quotidiana, sottolineando la natura quantitativa e predittiva delle leggi fisiche. L'attività sperimentale consentirà allo studente di discutere e costruire concetti, progettare e

2 condurre osservazioni e misure, confrontare esperimenti e teorie. B) OBIETTIVI SPECIFICI DI APPRENDIMENTO FENOMENI ELETTROMAGNETICI Conoscenze 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. - 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. Aspetti storici - Lo sviluppo della teoria classica dell elettromagnetismo. - L ipotesi dell etere. Abilità 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. - 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. - 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.

3 LE BASI DELLA CONOSCENZA IN FISICA Conoscenze - 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. Abilità - 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 - 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. - 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 Conoscenze Abilità Struttura microscopica della materia LE TEMATICHE DELLA FISICA MODERNA - Semiconduttori e superconduttori. Struttura microscopica della materia Relatività - Descrivere i meccanismi fondamentali alla base - Trasformazioni di Galilei e di Lorentz. dei semiconduttori e superconduttori. - Struttura dello spazio-tempo. Relatività - Principi di equivalenza e di relatività - Analizzare alcuni fenomeni di relatività generale, generale. come ad esempio la deflessione della luce nel - L interazione luce-campo gravitazionale. campo gravitazionale, descrivendone le - contrazione delle lunghezze e dilatazione dei conseguenze per la ricerca astronomica e per la tempi misurazione del tempo (rallentamento degli - simultaneità orologi).

4 C) MODALITÀ DI VERIFICA Prova scritta: potrà essere costruita con esercizi o problemi e arricchita da domande aperte. Prova orale: potrà consistere in discussioni con gli studenti anche a gruppi e dal posto sulle verifiche scritte ed in interrogazioni tradizionali. Ulteriori elementi che potranno influenzare la valutazione coinvolgono il grado di partecipazione e di impegno, il contributo nelle discussioni, l atteggiamento tenuto in laboratorio. Per quanto riguarda il laboratorio, gli studenti stenderanno (anche a gruppi) una relazione scritta sul lavoro fatto, esponendo sinteticamente gli scopi, le modalità, i dati raccolti e i risultati. Questa relazione ha lo scopo primario di costringere ad un riesame delle ragioni per cui si è operato in un certo modo, ad una riconsiderazione del grado di tollerabilità accettabile sulle incertezze di misura per giungere a conclusioni significative, ad una verifica sulla coerenza dei risultati, eventualmente individuando le cause di errori macroscopici. Le relazioni saranno esaminate e discusse per giungere progressivamente ad una comunicazione sempre più puntuale ed essenziale. Altre volte agli studenti sarà richiesto di completare e consegnare delle schede appositamente strutturate per il lavoro che si sta svolgendo in laboratorio. Tali schede, oltre ad essere un valido strumento per verificare la comprensione di quanto i ragazzi stanno eseguendo, hanno lo scopo di indirizzare il loro lavoro e far emergere problematiche che potrebbero, altrimenti, non affiorare. Il voto conclusivo, sia di periodo che dell'anno scolastico, verrà da una media pesata delle valutazioni conseguite dall'alunno, (media pesata secondo criteri che il singolo insegnante avrà cura di chiarire agli allievi). Sono previste non più di tre prove scritte per il primo periodo e non più di quattro per il secondo periodo, escluse le verifiche di recupero. Criteri di valutazione: secondo quanto previsto dalle griglie di valutazione di Dipartimento Allegate al PTOF. D) PROGRAMMAZIONE CLASSE V IA Note generali Il programma di inizio anno è presentato in moduli suddivisi in unità la cui numerazione corrisponde a quella dei capitoli nel testo in adozione. TESTI: Ugo Amaldi L Amaldi per i licei scientifici Ed. Zanichelli Vol. 2 Principi della Termodinamica, Onde, Campo elettrico Vol. 3 Campo magnetico, Induzione e onde elettromagnetiche, Relatività e quanti. Ripasso di alcune parti del programma svolto durante il IV anno

5 MODULO 11: Campo elettrico. cap. 18, 19 e 20. Il fenomeno dell induzione Determinare la forza dovuta elettrostatica e della all interazione di due o più polarizzazione cariche La legge di Coulomb Determinare il campo Il principio di sovrapposizione elettrico generato da una o più Definizione di campo elettrico cariche puntiformi e dalle Linee del campo elettrico distribuzioni continue di carica La legge di Gauss di interesse pratico Definizione di energia Applicare la conservazione potenziale e di potenziale dell energia per risolvere elettrico problemi inerenti il moto di Il legame tra campo elettrico e cariche in un campo potenziale elettrostatico Contenuti La legge di Coulomb L elettrizzazione per induzione Il vettore campo elettrico Il campo elettrico di una carica puntiforme Le linee di campo elettrico Il flusso di un campo vettoriale attraverso una superficie Il flusso del campo elettrico ed il teorema di Gauss Il campo elettrico generato da una distribuzione piana infinita di carica Energia potenziale elettrica Il potenziale elettrico Le superfici equipotenziali La deduzione del campo elettrico dal potenziale La circuitazione del campo elettrostatico Eseguire e discutere esperimenti sulle modalità per caricare un corpo Eseguire e interpretare esperimenti in cui si evidenziano fenomeni di induzione e di polarizzazione elettrostatica Determinare il campo elettrico generato da distribuzioni di carica applicando la legge di Gauss Giustificare e utilizzare il legame tra campo elettrico e potenziale elettrico Fenomeni elettrostatici elementari Macchine elettrostatiche (Elettroforo di Volta, generatore di Van De Graaf, macchina di Wimshurt) Gabbia di Faraday Spettri del campo elettrostatico Settembre MODULO 11: Fenomeni di elettrostatica. cap. 21 Unità di misura; Caratteristiche elettriche del conduttore carico in equilibrio elettrostatico; Capacità del condensatore piano; Collegamento di condensatori; Energia immagazzinata in un Saper descrivere le condizioni di equilibrio per conduttori carichi collegati tra loro; Saper ricavare la capacità del condensatore piano; Saper calcolare la capacità equivalente di un sistema di condensatori; Essere in grado di esprimere Essere in grado di definire la capacità di un condensatore e calcolare la capacità equivalente; l effetto di un dielettrico in un condensatore.

6 condensatore. OBIETTIVI MINIMI Per PEI e PDP Contenuti La distribuzione della carica nei conduttori in equilibrio elettrostatico Il campo elettrico e il potenziale in un conduttore all equilibrio La capacità di un conduttore Il condensatore Condensatori in serie e parallelo L energia immagazzinata in un condensatore l energia immagazzinata in un condensatore e ricavare la densità di energia. Conoscere le leggi fondamentali dell elettrostatica, la descrizione del campo elettrico e saperla applicare a semplici distribuzioni di cariche, comunicare usando in modo appropriato il linguaggio scientifico in maniera essenziale. Distribuzione della carica nel conduttore sferico. Misura della capacità del condensatore piano. Settembre Ottobre Programma del V anno MODULO 12: La corrente elettrica cap. 22, 23 e 24 Unità di misura; Intensità di corrente elettrica. La forza elettromotrice. Resistenza elettrica e leggi di Ohm. Resistività: dipendenza dalla temperatura e superconduzione. Energia e potenza nei circuiti elettrici. Resistenze in serie e in parallelo. Le leggi di Kirchhoff. Circuiti contenenti condensatori. Circuiti RC: carica e scarica di un condensatore. Amperometri e voltmetri. Effetti fotoelettrico, Volta e termoelettrico. Essere in grado di enunciare la legge di Ohm e di distinguerla dalla definizione di resistenza. la resistività e la sua dipendenza dalla temperatura il modello semplice di una pila reale facendo riferimento ad una f.e.m. ideale e alla resistenza interna e di trovare la d.d.p. ai morsetti di una pila, quando essa produce una corrente I. Saper descrivere la relazione tra d.d.p., corrente e potenza Essere in grado di determinare la resistenza equivalente di sistemi di resistenze in serie e in parallelo. Essere in grado di enunciare i principi di Kirchhoff e di usarli Essere in grado di definire e discutere i concetti di corrente elettrica, velocità di deriva, resistenza e forza elettromotrice Essere in grado di costruire un circuito inserendo correttamente amperometri e un voltmetri per effettuare le misure richieste. Saper discutere sulla conduzione elettrica nei metalli.

7 OBIETTIVI MINIMI Per PEI e PDP Contenuti L intensità della corrente elettrica I generatori di tensione ed i circuiti elettrici La prima legge di Ohm I resistori in serie e in parallelo Le leggi di Kirchhoff La trasformazione dell energia elettrica La forza elettromotrice I conduttori metallici La seconda legge di Ohm Il resistore variabile ed il potenziometro La dipendenza della resistività dalla temperatura Carica e scarica di un condensatore L estrazione degli elettroni da un metallo L effetto Volta L effetto termoelettrico e la termocoppia La conducibilità nei gas I raggi catodici per analizzare circuiti in corrente continua. Essere in grado di tracciare un diagramma della carica su un condensatore e della corrente in funzione del tempo, durante i processi di carica e scarica di un condensatore. Essere in grado di disegnare circuiti inserendo un amperometro e un voltmetro. Essere in grado di risolvere esercizi e problemi sulla corrente, sulla legge di Ohm, sui circuiti in corrente continua. Conoscere le leggi dell elettricità e saper risolvere semplici circuiti con generatori di tensione continua, comunicare usando in modo appropriato il linguaggio scientifico in maniera essenziale. Costruzione di semplici circuiti Verifica della prima legge di Ohm Resistori in serie e parallelo Effetto Joule Verifica della seconda legge di Ohm Carica e scarica di un condensatore (Lab. Pro e sensore di tensione) Deflessione di un fascio di elettroni in un campo elettrico uniforme Ottobre Novembre MODULO 13: Il campo magnetico cap. 25 e 26. Unità di misura. Il campo magnetico. I magneti permanenti. Essere in grado di inquadrare l elettromagnetismo nel contesto storico e scientifico in il vettore B in punti vicini ad un lungo filo, a due fili conduttori

8 Le linee di induzione o di campo. Definizione di B. Le varie situazioni in cui si esercitano forze magnetiche. Campi magnetici prodotti dalle correnti elettriche. Regola della mano destra per il campo magnetico. La forza magnetica sulle cariche in movimento (forza di Lorentz) Moto di una carica puntiforme in un campo magnetico. Lo spettrografo di massa. Momento torcente su una spira e momento magnetico. Il motore elettrico. Teorema di Ampère e sue applicazioni. Proprietà magnetiche dei materiali, ciclo di isteresi magnetica. OBIETTIVI MINIMI Per PEI e PDP Contenuti cui si è sviluppato. paralleli, in una spira, in un Essere in grado di fornire la solenoide e per semplici definizione operativa di campo combinazioni dei sistemi magnetico e di descriverlo precedenti. mediante linee di campo. la forza magnetica che agisce su un elemento di corrente e su una carica elettrica in moto che si trovino in un campo magnetico. Saper descrivere il funzionamento dello spettrografo di massa. Saper descrivere la forza magnetica esercitata su un filo percorso da corrente. Saper descrivere il momento magnetico torcente su una spira in un campo magnetico uniforme. Essere in grado di enunciare il teorema di Ampère. Essere in grado di risolvere esercizi e problemi sul campo magnetico, sul moto di una carica in un campo magnetico e su fili, spire, solenoidi percorsi da una corrente e situati in un campo magnetico. Conoscere le leggi fondamentali della magnetostatica, la descrizione del campo magnetico e saperle applicare a semplici distribuzioni di cariche e di correnti elettriche stazionarie, comunicare usando in modo appropriato il linguaggio scientifico in maniera essenziale.

9 La forza magnetica e le linee del campo magnetico Forze tra magneti e correnti Forze tra correnti L intensità del campo magnetico La forza magnetica su un filo percorso da corrente Il campo magnetico di un filo percorso da corrente, Il campo magnetico di una spira e di un solenoide Il motore elettrico L amperometro e il voltmetro. La forza di Lorentz La forza elettrica e magnetica Il moto di una carica in un campo magnetico uniforme Applicazioni sperimentali del moto di cariche in campi magnetici Il flusso del campo magnetico La circuitazione del campo magnetico Applicazioni del teorema di Ampère Proprietà magnetiche dei materiali Il ciclo di isteresi magnetica Verso le equazioni di Maxwell Spettri magnetici Forze tra magneti e correnti e forze tra correnti Il motore elettrico La forza di Lorentz su un fascio di elettroni Effetto del materiale ferromagnetico Dicembre Gennaio MODULO 14: Induzione e onde elettromagnetiche cap. 27 e 28. Unità di misura. Essere in grado di definire il Essere in grado di elencare le simmetrie Flusso del campo magnetico. flusso del campo magnetico e la e le asimmetrie tra le quattro equazioni Il teorema di Gauss per il campo magnetico. f.e.m. indotta. Essere in grado di enunciare il Gli esperimenti di Faraday e la forza elettromotrice indotta. Legge di Faraday-Neumann dell induzione elettromagnetica Legge di Lenz. Autoinduzione e mutua induzione. Induttanza. Energia e densità di energia immagazzinate in campo magnetico. Elementi essenziali della corrente alternata. Circuito LC. Il trasformatore. Il campo elettrico indotto. Generalizzazione del teorema teorema di Gauss per il campo magnetico. gli esperimenti di Faraday. Essere in grado di enunciare la legge di Faraday-Neumann e di usarla per trovare la f.e.m. indotta da un flusso magnetico variabile. Essere in grado di definire l induttanza per un solenoide e di calcolarla. Essere in grado di distinguere tra autoinduzione e mutua induzione e di descrivere le due situazioni. poste a confronto. Essere in grado di enunciare la legge di Lenz ed usarla per trovare il verso della corrente indotta in diverse applicazioni della legge di Faraday-Neumann. Confrontare le proprietà fondamentali dei campi elettrico e magnetico.

10 di Ampère e introduzione della corrente di spostamento. Equazioni di Maxwell dell elettromagnetismo. Onde elettromagnetiche, riflessione, rifrazione, dispersione e polarizzazione. Lo spettro elettromagnetico La produzione e ricezione delle onde elettromagnetiche. OBIETTIVI MINIMI Per PEI e PDP un circuito LC. Saper descrivere il principio di funzionamento del trasformatore. Essere in grado di esprimere l energia immagazzinata in un campo magnetico e di ricavare la densità di energia immagazzinata all interno di un solenoide. Saper descrivere le relazioni tra un campo elettrico variabile che induce un campo magnetico e un campo magnetico variabile che genera un campo elettrico. Essere in grado di enunciare le equazioni di Maxwell dell elettromagnetismo. i campi indotti. lo spettro elettromagnetico. Essere in grado di spiegare come si producono le onde elettromagnetiche e di descrivere quali caratteristiche hanno. i fenomeni connessi alla propagazione delle onde elettromagnetiche ( riflessione, rifrazione, dispersione e polarizzazione). Essere in grado di enunciare la legge di Malus relativa alla polarizzazione per assorbimento. Conoscere e saper interpretare il legame tra elettricità e magnetismo e riuscire ad inquadrare in tale contesto le leggi principali dell induzione elettromagnetica, saper descrivere la luce, qualitativamente, come fenomeno elettromagnetico, comunicare usando in modo appropriato il linguaggio scientifico in maniera essenziale. Saper risolvere semplici problemi con la legge di Faraday - Neumann Lenz, calcolare le correnti indotte e illustrare le equazioni di Maxwell nel vuoto espresse in termini di flusso e circuitazione, argomentare sul problema della corrente di spostamento. Saper descrivere le caratteristiche del campo elettrico e magnetico di un onda elettromagnetica e la relazione reciproca, conoscere e applicare il concetto di intensità di

11 Contenuti La corrente indotta La legge di Faraday Neumann La legge di Lenz L autoinduzione e la mutua induzione Energia e densità di energia del campo magnetico L alternatore Gli elementi circuitali fondamentali in corrente alternata I circuiti in corrente alternata Il circuito LC Il trasformatore Il linac e il ciclotrone Campo elettrico indotto Il termine mancante Le equazioni di Maxwell ed il campo elettromagnetico Le onde elettromagnetiche Il principio di Huygens e la riflessione La rifrazione della luce La dispersione della luce La riflessione totale e l angolo limite Le onde elettromagnetiche piane La polarizzazione della luce Lo spettro elettromagnetico Le onde radio e le microonde Le radiazioni infrarosse, visibili ed ultraviolette I raggi X ed i raggi gamma La radio, i cellulari e la televisione un onda elettromagnetica. Saper descrivere lo spettro continuo ordinato in frequenza ed in lunghezza d onda. Fenomeni di induzione elettromagnetica L alternatore Analisi di un circuito in corrente alternata (Lab. Pro e sensore di tensione) Riflessione e riflessione totale, misura dell angolo limite Verifica della legge di Snell Dispersione della luce Polarizzazione della luce. Febbraio Marzo MODULO 15: Relatività e quanti cap. 29, 30 e 31. Relatività galileiana. L esperimento di Michelson e Morley. Postulati di Einstein, critica ai concetti di " spazio assoluto" e "tempo assoluto. Orologio a luce (dilatazione dei tempi, contrazione delle Saper descrivere i risultati e il significato dell esperimento di Michelson e Morley. Essere in grado di enunciare i postulati di Einstein della relatività ristretta. Essere in grado di definire il tempo proprio e la lunghezza Essere in grado di argomentare sulle prove sperimentali a sostegno delle due teorie. Identificare i sistemi di riferimento inerziali e non inerziali. Formulare i principi alla base della teoria della relatività.

12 lunghezze). Relatività della simultaneità. Trasformazioni di Lorentz e composizione delle velocità. Il paradosso dei gemelli. Quantità di moto relativistica. Massa relativistica ed energia relativistica. I principi della relatività generale. OBIETTIVI MINIMI Per PEI e PDP Contenuti propria e di enunciare le equazioni per la dilatazione dei tempi e per la contrazione delle lunghezze. la mancanza di sincronizzazione di orologi che si trovino in sistemi di riferimento in moto. Essere in grado di discutere il paradosso dei gemelli. Essere in grado di definire la quantità di moto relativistica e di scrivere le equazioni che legano l energia cinetica totale di una particella alla sua velocità. la relazione tra massa ed energia nella relatività ristretta. alcune prove sperimentali a sostegno delle due teorie. Trasformare in termini relativistici le espressioni matematiche della quantità di moto e dell energia. Essere in grado di giustificare perché il fotone ha massa nulla. 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 orologi). Conoscere i postulati, il concetto di tempo assoluto e simultaneità degli eventi,la dilatazione dei tempi e la contrazione delle lunghezze. Conoscere e analizzare le trasformazioni di Lorentz. Saper argomentare relativamente alla dinamica relativistica, massa, energia.

13 Il valore numerico della velocità della luce L esperimento di Michelson Morley Gli assiomi della teoria della relatività ristretta La relatività della simultaneità La dilatazione dei tempi La contrazione delle lunghezze L invarianza delle lunghezze perpendicolari al moto relativo Le trasformazioni di Lorentz L intervallo invariante Lo spazio tempo La composizione delle velocità L equivalenza tra massa e energia Energia totale, massa e quantità di moto in dinamica relativistica Effetto Doppler relativistico Aprile Maggio Il problema della gravitazione I principi della relatività generale Le geometrie non euclidee Gravità e curvatura dello spazio tempo Lo spazio tempo curvo e la luce Onde gravitazionali MODULO 16: La crisi della fisica classica cap. 32 Il problema del corpo nero Formula della radiazione di Planck Fotoni ed effetto fotoelettrico Interpretazione di Einstein dell'effetto fotoelettrico. I raggi X Diffusione dei fotoni e l effetto Compton Quantizzazione delle energie atomiche: il modello di Bohr. L esperimento di Franck Hertz. Inquadrare il problema del corpo nero nel contesto storico, filosofico e scientifico in cui si è sviluppato. Tracciare le curve di distribuzione spettrale per la radiazione del corpo nero e la curva prevista dalla relazione di Rayleigh-Jeans. Mostrare come il concetto di fotone spieghi tutti gli aspetti dell effetto fotoelettrico e della diffusione Compton di raggi X. Descrivere le orbite e i livelli energetici dell atomo di idrogeno. Descrivere le conseguenze dell esperimento di Franck Hertz. Descrivere lo spettro a righe e lo spettro continuo. Distinguere i tipi di spettro. Formulare le leggi di Stefan- Boltzmann e di Wien. Formulare la legge di Planck. Descrivere formalmente e matematicamente l effetto Compton. Ragionare sulla struttura della materia. Tracciare un diagramma dei livelli energetici dell idrogeno, indicando su di esso le transizioni che comportano l emissione di un fotone e usandolo per calcolare le lunghezze d onda dei fotoni stessi. Rappresentare con un diagramma dei livelli energetici le energie che può assumere un elettrone in un atomo. Calcolare in casi semplici il

14 OBIETTIVI MINIMI Per PEI e PDP Contenuti Il corpo nero e l ipotesi di Plank L effetto fotoelettrico La quantizzazione della luce secondo Einstein L effetto Compton Lo spettro dell atomo di Idrogeno L esperienza di Rutherford L esperimento di Millikan Il modello di Bohr I livelli energetici di un elettrone nell atomo di idrogeno L esperimento di Franck Hertz raggio e l energia dell orbita n- esima dell atomo di idrogeno. Conosce l emissione di corpo nero e l ipotesi di Planck, l effetto fotoelettrico, l effetto Compton, il modello dell'atomo di Bohr, la lunghezza d onda di De Broglie, il dualismo onda-particella. Saper illustrare il modello del corpo nero e interpretarne la curva di emissione in base al modello di Planck. Saper riconoscere il ruolo della fisica quantistica in situazioni reali e in applicazioni tecnologiche. Maggio Giugno MODULO 17: La fisica quantistica cap. 33 Discutere l evoluzione dinamica di un sistema e gli effetti della misurazione di una grandezza fisica. Descrivere il funzionamento di alcuni dispositivi della vita reale alla luce delle conoscenze acquisite(diodo, transistor, laser). Esporre l ipotesi di de Broglie e definire la lunghezza d onda di de Broglie. Formulare il principio di indeterminazione di Heisenberg. Definire lo spin e formulare il principio di esclusione di Pauli. Descrivere la struttura a bande di energia di un solido. OBIETTIVI MINIMI Per PEI e PDP Contenuti Descrivere lo stato stazionario di un elettrone all interno di un atomo. Scegliere e applicare le relazioni appropriate alla risoluzione dei singoli problemi. Conosce il dualismo onda-particella, il principio di indeterminazione, il modello a bande di energia dei solidi, il principio di funzionamento del diodo e del laser.

15 Le proprietà ondulatorie della materia Il principio di indeterminazione Le onde di probabilità L'ampiezza di probabilità e il principio di Heisemberg Il principio di sovrapposizione Stabilità degli atomi ed orbitali atomici Orbite ellittiche in un campo magnetico I numeri quantici degli elettroni atomici Gli atomi con molti elettroni I fermioni ed i bosoni Il laser Le bande di energia nei solidi I semiconduttori Il diodo ed il transistor Fisica classica e fisica moderna Maggio Giugno MODULO 18: Nuclei e particelle 34 e 35 I componenti del nucleo Definire numero atomico e numero di massa. Descrivere la forza nucleare e l energia di legame dei nuclei. Formulare la legge del decadimento radioattivo. Riconoscere il particolare decadimento dall analisi dello spettro energetico. Conoscere le prime scoperte che condussero all'individuazione di componenti subatomici Comprendere le motivazioni dei modelli nucleari proposti Conoscere la costante di decadimento radioattivo Conoscere le principali tecniche di sfruttamento dell'energia nucleare Conoscere i concetti di particella stabile di quark Analizzare l evidenza sperimentale dell esistenza del nucleo Spiegare che cosa si intende con decadimento radioattivo Applicare la relazione che da il numero N di nuclei radioattivi in funzione del tempo. Rendersi conto dell'importanza della relazione E=mc 2 Scegliere e applicare le relazioni appropriate alla risoluzione dei singoli problemi. Discutere le problematiche relative all utilizzo di energia nucleare. Descrivere i meccanismi fondamentali alla base dei 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

16 OBIETTIVI MINIMI Per PEI e PDP Contenuti I nuclei degli atomi Le forze nucleari e l'energia di legame dei nuclei La radioattività La legge del decadimento radioattivo Grandezze dosimetriche L'interazione debole La medicina nucleare La fissione nucleare La fusione nucleare La scelta nucleare Le frontiere L inizio della fisica delle particelle: il positrone ed il muone I neutrini Le particelle nucleari instabili Le particelle-materia fondamentali Le forze elettromagnetica e forte Tre forze e tre famiglie di particelle materia La forza debole neutra e la forza gravitazionale Il modello Standard Particelle e pacchetti d onda Rottura della simmetria elettrodebole particelle elementari e non elementari, tra particelle di materia e particelle mediatrici delle interazioni fondamentali. Sa descrivere l esperimento che ha messo evidenziato l esistenza del nucleo. Conosce i componenti del nucleo e sa definire numero atomico e numero di massa. Sa discutere le problematiche relative all utilizzo di energia nucleare. Conosce le prime scoperte che condussero all'individuazione di componenti subatomici. Sa argomentare sui fenomeno della fusione e della fissione. Maggio Giugno