PIANO DI LAVORO Anno scolastico 2014/2015. Disciplina di Insegnamento: FISICA E LABORATORIO. Docenti: ARIAGNO Pierfelice CAVALLO Serena

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1 Liceo Scientifico ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE ALDO MORO Istituto Tecnico Via Gallo Pecca n. 4/ Rivarolo Canavese Tel Fax Cod. Fiscale segreteria@istitutomoro.it Url: PIANO DI LAVORO Anno scolastico 2014/2015 Disciplina di Insegnamento: FISICA E LABORATORIO Docenti: ARIAGNO Pierfelice CAVALLO Serena Sezione tecnica Classe: 2B Libro di testo: Ugo Amaldi Amaldi 2.0 Termodinamica, Onde, Elettromagnetismo - Ed. Zanichelli

2 COMPETENZE DELLA DISCIPLINA SCIENZE INTEGRATE (FISICA) Il docente di Scienze integrate (Fisica) ha come obiettivo quello di far conseguire allo studente risultati di apprendimento che gli permettono di: utilizzare modelli appropriati per investigare su fenomeni e interpretare dati sperimentali; riconoscere, nei diversi campi disciplinari studiati, i criteri scientifici di affidabilità delle conoscenze e delle conclusioni che vi afferiscono; utilizzare le reti e gli strumenti informatici nelle attività di studio, ricerca e approfondimento disciplinare; padroneggiare l uso di strumenti tecnologici con particolare attenzione alla sicurezza nei luoghi di vita e di lavoro, alla tutela della persona, dell ambiente e del territorio; utilizzare, in contesti di ricerca applicata, procedure e tecniche per trovare soluzioni innovative e migliorative, in relazione ai campi di propria competenza; utilizzare gli strumenti culturali e metodologici acquisiti per porsi con atteggiamento razionale, critico e responsabile di fronte alla realtà, ai suoi fenomeni e ai suoi problemi, anche ai fini dell apprendimento permanente; collocare le scoperte scientifiche e le innovazioni tecnologiche in una dimensione storico-culturale ed etica, nella consapevolezza della storicità dei saperi. Il docente, nel primo biennio, ha come obiettivo prioritario, in termini sia didattici sia educativi, quello di far acquisire allo studente le competenze di base attese al termine dell obbligo di istruzione (si vedano il Documento Dipartimento di Asse e il D.M. 211/2010-Indicazioni nazionali-linee generali e competenze). Esse sono: 1. Osservare, descrivere ed analizzare fenomeni appartenenti alla realtà naturale e artificiale e riconoscere nelle varie forme i concetti di sistema e di complessità 2. Analizzare qualitativamente e quantitativamente fenomeni legati alle trasformazioni di energia a partire dall esperienza 3. Essere consapevole delle potenzialità e dei limiti delle tecnologie nel contesto culturale e sociale in cui vengono applicate L insegnante inoltre, avendo anche come compito quello di integrare le discipline sperimentali, supporta il percorso di apprendimento con attività laboratoriali. Queste permettono infatti allo studente di acquisire conoscenze e abilità attraverso un corretto metodo scientifico. L articolazione dell insegnamento di Scienze integrate (Fisica) in competenze, abilità e conoscenze è di seguito indicata CONTENUTI MODULO OBIETTIVI LABORATORIO Conoscenze Abilità 1. I moti nel piano I vettori posizione, spostamento e Applicare le conoscenze sulle grandezze Il moto circolare velocità. vettoriali ai moti nel piano. uniforme. Il moto circolare uniforme. Periodo, frequenza e velocità istantanea nel moto circolare uniforme. L accelerazione centripeta. Il moto armonico. La composizione di moti. Operare con le grandezze fisiche scalari e vettoriali. Calcolare le grandezze caratteristiche del moto circolare uniforme e del moto armonico. Comporre spostamenti e velocità di due moti rettilinei. Il moto armonico del pendolo. 2. I principi della dinamica L enunciato del primo principio della dinamica. I sistemi di riferimento inerziali. Il principio di relatività galileiana. Il secondo principio della dinamica. Unità di misura delle forze nel SI. Il concetto di massa inerziale. Il terzo principio della dinamica. Riconoscere i sistemi di riferimento inerziali. Studiare il moto di un corpo sotto l azione di una forza costante. Applicare il terzo principio della dinamica. Proporre esempi di applicazione della legge di Newton. Il secondo principio della dinamica.

3 3. L'energia e la quantità di moto 4. La temperatura 5. Il calore 6. La termo-dinamica 7. Le cariche elettriche La definizione di lavoro e di potenza. Il concetto di energia. L energia cinetica Relazione tra lavoro ed energia cinetica. L energia potenziale gravitazionale. Proporzionalità diretta tra altezza ed energia potenziale gravitazionale. L energia potenziale elastica. Il principio di conservazione dell energia meccanica. Termoscopi e termometri. La definizione operativa di temperatura. Le scale di temperatura Celsius e assoluta. La dilatazione lineare dei solidi. La dilatazione volumica dei solidi e dei liquidi. La legge di Boyle e le due leggi di Gay-Lussac. Il modello del gas perfetto e la sua equazione di stato. Calore e lavoro come forme di energia in transito. Unità di misura del calore. Capacità termica e calore specifico. Quantità di energia e variazione di temperatura. Il calorimetro e la misura del calore specifico. La temperatura di equilibrio. La trasmissione del calore per conduzione e convezione. L irraggiamento. La legge di Stefan-Boltzmann. I cambiamenti di stato: fusione e solidificazione, vaporizzazione e condensazione, sublimazione. Il moto di agitazione termica e la temperatura. Gas reale e gas perfetto. Lo stato di un sistema termodinamico e il diagramma pressione-volume. Il principio zero della termodinamica. L energia interna e il lavoro termodinamico. Il primo principio della termodinamica e le sue applicazioni. Il motore dell automobile. Il secondo principio della termodinamica. Le macchine termiche. Il rendimento di una macchina termica. Fenomeni elementari di elettrostatica: l elettrizzazione per strofinio. Convenzioni sui segni delle cariche. Conduttori e isolanti. Il modello microscopico. L elettrizzazione per contatto. La definizione operativa della carica. L elettroscopio. L unità di misura della carica nel SI e la carica elementare. La legge di Coulomb. L elettrizzazione per induzione. La polarizzazione. Calcolare il lavoro compiuto da una forza. Calcolare la potenza. Ricavare l energia cinetica di un corpo, anche in relazione al lavoro svolto. Calcolare l energia potenziale gravitazionale di un corpo e l energia potenziale elastica di un sistema oscillante. Applicare il principio di conservazione dell energia meccanica. Comprendere la differenza tra termoscopio e termometro. Trasformare i valori delle temperature da una scala all altra. Calcolare la dilatazione lineare e volumica di corpi solidi e liquidi sottoposti a riscaldamento. Applicare le leggi di Boyle e Gay-Lussac alle trasformazioni di un gas. Riconoscere le caratteristiche di un gas perfetto e saperne utilizzare l equazione di stato. Comprendere il significato di calore e di riscaldamento, differenziandolo dal concetto di aumento di temperatura di un corpo. Distinguere fra capacità termica dei corpi e calore specifico delle sostanze. Calcolare il calore specifico di una sostanza, anche mediante l utilizzo del calorimetro. Descrivere le modalità di trasmissione dell energia termica. Applicare la legge di Stefan-Boltzmann. Descrivere i cambiamenti di fase della materia Calcolare l energia impiegata nei cambiamenti di stato. Interpretare il concetto di calore latente. Analizzare i cambiamenti di stato dell acqua. Distinguere un gas perfetto da un gas reale. Interpretare l energia interna come funzione di stato. Calcolare il lavoro di un sistema termodinamico. Enunciare correttamente il primo principio della termodinamica e applicarlo ai diversi tipi di trasformazione. Descrivere il funzionamento del motore di un automobile e le trasformazioni cicliche. Applicare alle macchine termiche il secondo principio della termodinamica. Calcolare il rendimento di una macchina termica. Comprendere la differenza tra cariche positive e cariche negative, tra corpi elettricamente carichi e corpi neutri. Interpretare, con un modello microscopico, la differenza tra corpi conduttori e corpi isolanti. Usare in maniera appropriata l unità di misura della carica. Calcolare la forza che si esercita tra corpi carichi applicando la legge di Coulomb. Saper distinguere la ridistribuzione della carica per induzione (in un conduttore) e per polarizzazione (in un isolante). Trasformazione di energia potenziale in energia cinetica. La dilatazione nei solidi. La legge di Boyle. Misura dell'equivalente in acqua del calorimetro. Misura del calore specifico di un solido. Cambiamenti di stato. Il rendimento di una macchina termica. L'elettroscopio.

4 8. Il campo elettrico 9. La corrente elettrica 10. Il campo magnetico Il vettore campo elettrico. Il campo elettrico prodotto da una carica puntiforme e da più cariche. Rappresentazione dell intensità del vettore campo elettrico attraverso linee di campo. Le proprietà delle linee di campo. L energia potenziale elettrica. La differenza di potenziale. La relazione tra campo elettrico e differenza di potenziale. Il potenziale elettrico. Intensità della corrente elettrica. La corrente continua. I generatori di tensione. Elementi fondamentali di un circuito elettrico. Collegamenti in serie e in parallelo dei conduttori in un circuito elettrico. La prima legge di Ohm. I resistori. La seconda legge di Ohm. Collegamento in serie e in parallelo di resistori. Lo studio dei circuiti elettrici e l inserimento degli strumenti di misura in un circuiti. La forza elettromotrice. La resistenza interna di un generatore di tensione. Relazione tra forza elettromotrice e la tensione ai capi del generatore. La trasformazione dell energia elettrica e la potenza dissipata: Effetto Joule. La corrente nei liquidi e nei gas. La conduzione nei gas e il fulmine. Fenomeni di magnetismo naturale. Attrazione e repulsione tra poli magnetici. Caratteristiche del campo magnetico. L esperienza di Oersted e l interazione tra magneti e correnti. L esperienza di Faraday e le forze tra fili percorsi da corrente. La legge di Ampère. Definizione dell Ampere. L origine del campo magnetico. Intensità del campo magnetico e sua unità nel SI. Forza magnetica su un filo percorso da corrente. La forza che agisce su una carica in moto. Il campo magnetico generato da un filo rettilineo, da una spira e da un soldenoide percorsi da corrente. Principi di funzionamento di un motore elettrico. L elettromagnete. Descrivere il concetto di campo elettrico e calcolarne il valore in funzione della carica che lo genera. Calcolare la forza agente su una carica posta in un campo elettrico. Disegnare le linee di campo per rappresentare il campo elettrico prodotto da una carica o da una distribuzione di cariche. Comprendere il significato di differenza di potenziale e di potenziale elettrico. Individuare la direzione del moto spontaneo delle cariche prodotto da una differenza di potenziale. Comprendere il concetto di corrente elettrica. Confrontare le caratteristiche dei campi gravitazionale ed elettrico con particolare riferimento all analogia tra dislivello di quota e differenza di potenziale. Utilizzare in maniera corretta i simboli per i circuiti elettrici. Distinguere i collegamenti dei conduttori in serie e in parallelo. Applicare correttamente le leggi di Ohm. Spiegare il funzionamento di un resistore in corrente continua. Realizzare e risolvere semplici circuiti in corrente continua con collegamenti in serie e in parallelo. Riconoscere le proprietà dei nodi. Comprendere il ruolo della resistenza interna di un generatore. Calcolare la potenza dissipata per effetto Joule in un conduttore. Comprendere i fenomeni che avvengono nelle soluzioni elettrolitiche. Spiegare come avvengono la ionizzazione e la conduzione in un gas. Confrontare le caratteristiche del campo magnetico e del campo elettrico. Rappresentare l andamento di un campo magnetico, disegnandone le linee di forza. Determinare direzione e verso di un campo magnetico prodotto da un filo percorso da corrente. Calcolare l intensità della forza che si manifesta tra fili percorsi da corrente e la forza magnetica su un filo percorso da corrente. Spiegare l ipotesi di Ampère. Calcolare la forza che agisce su una carica in moto. Determinare intensità, direzione e verso del campo magnetico prodotto da fili rettilinei e solenoidi percorsi da corrente. Comprendere il principio di funzionamento di un motore elettrico e di un elettromagnete. Campo scalare e vettoriale. L'utilizzo del multimetro La prima legge di Ohm. Curva caratteristica di una lampadina. La seconda legge di Ohm. Resistenze in serie ed in parallelo. Campo magnetico prodotto da una calamita. Il campo magnetico di un filo percorso da corrente. Motorino fatto in casa.

5 11. L induzione elettromagnetica La corrente indotta. Il flusso del campo magnetico e il suo segno. La legge di Faraday-Neumann. La forza elettromotrice indotta. La legge di Lenz e il verso della corrente indotta. L alternatore. Le centrali elettriche. Il trasporto dell energia elettrica. Il trasformatore. Il consumo di energia elettrica. Interpretare la legge di Lenz come conseguenza del principio di conservazione dell energia. Descrivere i fenomeni di auto e mutua induzione. Descrivere il funzionamento dell alternatore e il meccanismo di produzione della corrente alternata. Esporre e analizzare il funzionamento delle diverse centrali elettriche. Descrivere il funzionamento del trasformatore e calcolare i valori delle tensioni in entrata e in uscita. Le leggi di Faraday. Il trasformatore. METODOLOGIA La fisica è una scienza sperimentale ed è un utile strumento per la comprensione della realtà, quindi ritengo indispensabile che la maggior parte degli argomenti vengano affrontati a partire da situazioni reali e da domande di esperienza quotidiana. Inoltre, poiché l obiettivo del docente è quello di sviluppare competenze negli studenti, penso che il fulcro della disciplina non debba esser caratterizzato dall imparare a memoria leggi o da definizioni, quindi ritengo opportuno che gli studenti strutturino man mano un formulario, il quale potrà poi esser utilizzato durante le prove valutate, scritte o orali. La realizzazione di esperienze pratiche, che possano condurre alla formulazione delle leggi fisiche, può sicuramente consentire un buon sviluppo in termini di competenze negli allievi. Il lavoro di laboratorio sarà dunque fondamentale e comprenderà esperienze sia qualitative sia quantitative eseguite dai ragazzi suddivisi in gruppi. I risultati ottenuti dai diversi gruppi saranno confrontati collettivamente e rielaborati attraverso la stesura di una relazione scritta, sviluppando così negli allievi la capacità di descrivere, in modo corretto e sintetico, le attività svolte e le informazioni ottenute. Le lezioni in aula avranno lo scopo di approfondire e sintetizzare le conoscenze o, nei casi in cui la trattazione dell argomento non sarà preceduta da esperienze pratiche, di introdurre direttamente i. Sarà dedicato anche del tempo allo svolgimento di esercizi, in modo da far sviluppare nei ragazzi capacità di ragionamento ed una abilità, via via, crescente nel risolvere situazioni problematiche. CRITERI DI VALUTAZIONE La valutazione formativa sarà effettuata costantemente in itinere attraverso: discussioni guidate in classe, in modo che ciascun allievo individui le sue difficoltà e abbia indicazione su come poterle risolvere colloqui tra alunno ed insegnante risoluzione di esercizi e problemi correzione di relazioni sulle attività svolte in laboratorio e delle prove sommative Per quanto riguarda la valutazione sommativa si prevedono almeno due interrogazioni scritte o orali ed una pratica nel trimestre Settembre-Dicembre ed almeno tre interrogazioni scritte o orali e due pratiche nel pentamestre Gennaio- Giugno. A ciascuna prova, poiché le conoscenze, le competenze e le capacità da testare sono diversificate, sarà allegata una idonea griglia di valutazione, trasformata poi in decimi. I criteri comuni di valutazione sono riportati nella seguente tabella: LIVELLI espressi in voti decimali CONOSCENZE ABILITA chiarezza e correttezza espositiva dei concetti appresi CAPACITA analisi, sintesi e rielaborazione 2 L alunno non risponde ad alcun quesito 3 Conoscenza quasi nulla dei Esposizione carente nella proprietà lessicale e nella fluidità del discorso 4 Conoscenza dei in larga misura inesatta e carente Esposizione scorretta e/o frammentaria Non vengono effettuati collegamenti logici né analisi o rielaborazione dei Analisi e sintesi sono confuse, con collegamenti impropri

6 5 Conoscenza parziale e/o confusa dei 6 Conoscenza essenziale ma superficiale dei 7 Conoscenza sostanzialmente completa dei ma non adeguatamente approfondita 8 Conoscenza completa ed approfondita dei 9-10 Conoscenza critica dei temi trattati, approfondita e personale Esposizione non sempre chiara e corretta, con un lessico povero a volte non appropriato Esposizione dei fondamentali in modo semplice, scolastico Esposizione coerente e corretta, con un lessico quasi del tutto appropriato Esposizione corretta e lessico appropriato Esposizione ricca, elaborata e personale con un lessico sempre appropriato Scarsa analisi e sintesi quasi inesistente dei ; vengono operati collegamenti logici anche semplici solo se guidati Analisi e sintesi elementari senza approfondimenti autonomi né critici Processo di elaborazione critica avviato con capacità di analisi e sintesi discrete e buona capacità di operare collegamenti Capacità di analizzare, sintetizzare e organizzare in modo logico e autonomo i Capacità di rielaborazione critica e autonoma dei con analisi approfondite e sintesi complete ed efficaci 1. Le verifiche potranno essere proposte sotto forma di: test scritti, che saranno però strutturati in modo da simulare un interrogazione orale: completamento di frasi, domande a risposta aperta, realizzazione di grafici, risoluzione di problemi ed esercizi. colloqui orali. relazioni di laboratorio. Se durante tali prove gli studenti fossero scoperti nel copiare/suggerire, al primo richiamo la votazione finale in decimi sarà abbassata di 0,5. Al secondo richiamo, il voto sarà abbassato ulteriormente di 1,5. Al terzo richiamo, il ragazzo non potrà terminare la prova scritta, la verifica svolta fino a quel momento verrà corretta ed il voto finale sarà la metà di quello che avrebbe raggiunto svolgendola senza richiami. Le stesse penalizzazioni saranno assegnate a coloro che, pur avendo terminato e consegnato la verifica, suggeriranno o parleranno, aiutando o disturbando i compagni ancora impegnati nella prova. Ogni richiamo sarà caratterizzato da una X rossa sul compito, segnata durante lo svolgimento della prova stessa. 2. Le interrogazioni orali, avverranno durante l intero periodo didattico, e non saranno programmate. Esse avverranno con estrazione a sorte. Nel caso in cui uno studente fosse richiamato tre volte, anche in lezioni successive, verrà interrogato nella lezione in cui avviene il terzo richiamo e sarà valutato sul programma svolto. 3. Sarà anche valutata, in ogni periodo didattico, la completezza degli appunti che i ragazzi avranno scritto sul quaderno, durante le lezioni teoriche e quelle di laboratorio. Anche lo svolgimento dei compiti, assegnati da svolgere a casa e corretti in classe, andrà a pesare sulla valutazione del quaderno. Al termine di ogni lezione, con estrazione a sorte, saranno valutati i quaderni di almeno un paio di studenti. Lo stesso alunno può essere estratto più volte, ma ogni studente avrà in ogni quadrimestre un voto relativo al quaderno (voto singolo o media delle diverse correzioni del quaderno), che concorrerà, in modo paritario alle altre prove scritte ed orali, al raggiungimento del voto finale relativo alla disciplina di fisica. Il voto relativo al quaderno sarà minimo 3 e massimo 8. Qualora lo studente raggiunga una media aritmetica superiore all`8.5, escluso il quaderno, non si terrà in considerazione un eventuale 8 di quaderno, poiché abbasserebbe la media. Se il ragazzo volesse però svolgere un approfondimento storico o di attualità, relativamente ad un argomento trattato a lezione, potrebbe innalzare il voto del quaderno. Il voto massimo sarebbe non più 8, bensì La valutazione quadrimestrale, infine, terrà conto anche dell interesse, della partecipazione e dei progressi ottenuti dagli allievi, al fine di arrotondare la media finale a discrezione dell insegnante. ATTIVITA DI RECUPERO L attività di recupero sarà svolta prevalentemente in itinere attraverso la correzione delle relazioni e degli esercizi assegnati come lavoro individuale. La correzione delle prove di verifica sarà inoltre un importante momento di chiarificazione, approfondimento e recupero. Nel caso di un esito insufficiente delle verifiche scritte valide per il voto orale, gli allievi potranno richiedere di essere valutati tramite un interrogazione, la cui valutazione farà media con quella riportata nella prova. Rivarolo, 11 ottobre 2014