LICEO SCIENTIFICO Galileo Galilei VERONA

Transcript

1 LICEO SCIENTIFICO Galileo Galilei PROGRAMMA PREVISTO Anno Scolastico Testo di riferimento: "Le Vie della Fisica" vol. 1-2 (Battimelli - Stilli) Le unità didattiche a fondo chiaro sono irrinunciabili. Le unità didattiche a fondo scuro potranno essere rinviate o trattate in modo molto sintetico in caso di necessità. Gli argomenti riportati in corsivo potranno essere saltati o non approfonditi. Modulo n 1: La descrizione del moto Grafici cartesiani, risoluzione di equazioni di 1 e 2 grado, risoluzione di sistemi di equazioni, equazioni e grafici di retta e parabola, utilizzo delle potenze e della notazione scientifica. Conoscenze sull elaborazione dei dati e sulle grandezze fisiche acquisite nel corso di di Fisica- Chimica 1. Strumenti di lavoro: il punto materiale, rappresentazioni grafiche, sistemi di riferimento. 2. Velocità: velocità media, velocità istantanea, significato geometrico della velocità istantanea e introduzione al concetto di derivata, equazioni dimensionali e unità di misura. 3. L accelerazione: accelerazione media, accelerazione istantanea, significato geometrico dell accelerazione istantanea. 4. Grandezze vettoriali: vettori e scalari, velocità vettoriale, accelerazione vettoriale, somma vettoriale, prodotto di un vettore per un numero, componenti cartesiane, scomposizione di un vettore; prodotto scalare, prodotto vettoriale. 5. Moti in più dimensioni: traiettoria e spostamento, velocità e accelerazione per moti a più dimensioni 6. Il problema generale del moto: legge del moto, condizioni iniziali, moto rettilineo uniforme, moto rettilineo uniformemente accelerato. 1. Saper definire la velocità e l accelerazione, distinguendo tra media e istantanea; sapere quando è necessario utilizzare velocità e accelerazione vettoriali; saper distinguere tra lunghezza del percorso e spostamento; 2. Saper interpretare geometricamente la velocità e l accelerazione; 3. Saper determinare unità di misura e dimensioni di una grandezza fisica; 4. Saper impostare e risolvere un problema sul moto individuando le condizioni iniziali e le leggi del moto da utilizzare; 5. Saper riconoscere i casi particolari del moto rettilineo uniforme e del moto uniformemente accelerato; saper risolvere esercizi su tali moti. La misura diretta delle grandezze fisiche: misure dirette, incertezza, interpolazione, errore assoluto, cifre significative, valor medio, istogrammi, semidispersione, approssimazioni, calcoli. Moto del pendolo semplice Studio di moti uniformemente accelerati. Tempi: 1 mese (presumibilmente: settembre e prima metà di ottobre) Pagina 5

2 Unità didattica n 1. LICEO SCIENTIFICO Galileo Galilei Modulo n 2: Il Principio di Invarianza Galileiano 1. Principio di relatività: Quiete e moto rettilineo uniforme; la Relatività del moto; 2. Sistemi di riferimento e trasformazioni di Galilei Sistemi di riferimento; Composizione delle velocità; Invarianza dell accelerazione; Trasformazioni di Galileo; Invarianza delle lunghezze. 3. Urti tra corpi identici: urti tra corpi identici; invarianza per simmetria; urti con velocità diverse. 4. La quantità di moto: legge generale degli urti; massa e quantità di moto; 5. La conservazione della quantità di moto: legge di conservazione della quantità di moto; urti in più dimensioni; urti elastici.; interazioni negli urti e forze. 1. Conoscere, comprendere e saper utilizzare il principio di relatività; 2. Conoscere, aver compreso, saper dimostrare, saper utilizzare le trasformazioni di Galilei; 3. Comprendere che ad ogni invarianza corrisponde una legge di conservazione; 4. Essere in grado di analizzare alcuni fenomeni d urto, dedurre da essi la necessità di introdurre la quantità di moto; ricavare dal principio di relatività la legge di conservazione della quantità di moto; 5. Comprendere che negli urti elastici si ha invarianza temporale; 6. Saper risolvere problemi ed esercizi sugli urti e su esplosioni. Misure indirette: la propagazione degli errori. Studio di urti con la rotaia a cuscino d aria (eventualmente con acquisizione dati on-line). Tempi: 1 mese e mezzo (da metà ottobre a fine dicembre) Pagina 6

3 Unità didattica n 1 e n 2. LICEO SCIENTIFICO Galileo Galilei Modulo n 3: La dinamica del punto materiale 1. Leggi della dinamica: accelerazioni e forze; il primo principio della dinamica; il secondo principio della dinamica; il principio d azione e reazione. 2. Il moto circolare uniforme: moto circolare uniforme; forza centripeta e accelerazione centripeta; legge oraria del moto circolare uniforme; periodo e velocità angolare. 3. Forze e moto: Forza elastica; moto armonico e sue caratteristiche; forza peso e moto parabolico; forza d attrito (radente, viscoso); moto sul piano inclinato; pendolo semplice. 4. Invarianza delle leggi della dinamica:sistemi accelerati e forze fittizie; sistemi di riferimento inerziali. 1. Conoscere e saper dedurre il primo e il secondo principio della dinamica; saper utilizzare tali principi per descrivere dinamicamente il moto di un corpo; 2. Conoscere e saper descrivere il principio di azione e reazione; 3. Saper descrivere il moto circolare uniforme e analizzarlo in termini di forza centripeta; 4. Saper descrivere il moto armonico e analizzarlo in relazione alla forza elastica, 5. Saper descrivere il moto circolare parabolico e analizzarlo in termini di forza peso; 6. Conoscere e saper utilizzare le leggi sull attrito; 7. Comprendere che dall invarianza delle accelerazioni discende l invarianza delle leggi della dinamica per sistemi inerziali. Analisi grafica di dati sperimentali: rette di massima e minima pendenza, linearizzazione. Analisi del 2 principio con la rotaia a cuscino d aria e con acquisizione dati automatica. Tempi: 1 mese e mezzo (gennaio e febbraio) Pagina 7

4 Unità didattica n 1, 2, 3. LICEO SCIENTIFICO Galileo Galilei Modulo n 4: La conservazione dell energia 1. Lavoro ed energia: moti reversibili; lavoro di una forza; energia cinetica; legame fra lavoro di una forza e variazione dell energia cinetica. 2. Forze conservative: moti reversibili e moti irreversibili; forze conservative (forza peso, forza elastica); lavoro della forza peso e della forza elastica; lavoro su un percorso chiuso; 3. Conservazione dell energia: energia potenziale gravitazionale ed energia potenziale elastica; lavoro e variazione dell energia potenziale; la conservazione dell energia meccanica; moti in presenza di forze conservative; lavoro di forze non conservative e variazione dell energia meccanica. 1. Saper definire il lavoro di una forza e l energia cinetica; conoscere e saper dedurre il legame tra lavoro e variazione dell energia cinetica 2. Saper definire e descrivere il concetto di forza conservativa; saper definire il concetto di energia potenziale; saper enunciare e spiegare la conservazione dell energia meccanica; 3. Saper risolvere problemi sul moto utilizzando il concetto di energia; 4. Saper riconoscere che il principio di conservazione è legato all esistenza di una particolare invarianza; 5. Conoscere e saper utilizzare il legame fra lavoro delle forze non conservative e la variazione dell energia meccanica. Tempi: due mesi (presumibilmente marzo e aprile) Pagina 8

5 LICEO SCIENTIFICO Galileo Galilei Modulo n 5: Forze centrali e gravitazione universale Unità didattica n Rotazioni: rotazioni di sistemi di riferimento; moti invarianti per rotazioni; forze centrali. 2. Il momento angolare: prodotto vettoriale; definizione matematica di forza centrale; momento angolare; conservazione del momento angolare; momento di una forza e legge della dinamica rotazionale; esempi di moti in presenza di forze centrali. 3. Gravitazione universale: moto di corpi celesti, le leggi di Keplero; la legge di gravitazione universale e sua deduzione; espressione dell accelerazione di gravità; masse planetarie. 4. Energia potenziale gravitazionale: lavoro della forza gravitazionale su un percorso chiuso; la funzione energia potenziale gravitazionale; energia potenziale gravitazionale in prossimità della terra; moto di satelliti e stati legati; velocità di fuga. 5. (Complementi) Dinamica rotazionale: corpo rigido, centro di massa, momenti d inerzia, momento angolare, conservazione del momento angolare. 1. Saper definire il momento angolare, saper dedurre il principio di conservazione del momento angolare da una particolare invarianza; 2. Saper descrivere e analizzare moti in presenza di forze centrali, risolvere problemi con l aiuto del principio di conservazione del momento angolare; 3. Conoscere e saper inquadrare storicamente le teorie sul moto dei pianeti, conoscere e saper descrivere le leggi di Keplero; 4. Conoscere e saper dedurre la legge di gravitazione universale; 5. Conoscere e saper ricavare l energia potenziale gravitazionale, saperla utilizzare per descrivere il moto di corpi celesti e satelliti; 6. Saper definire e utilizzare il momento d inerzia, il centro di massa e le leggi della dinamica rotazionale. Tempi: 1 mese (presumibilmente maggio) Pagina 9

6 LICEO SCIENTIFICO Galileo Galilei Modulo n 6: Il primo principio della Termodinamica Unità didattica n 4. Conoscenze elementari su calore, temperatura, cambiamenti di fase acquisiti nel biennio 1. Temperatura e calore: temperatura e termometri, equilibrio termico e principio zero della termodinamica, trasformazioni dello stato termico, energia interna, calore. 2. Il primo principio: il primo principio della termodinamica, la conservazione dell energia, equilibrio termodinamico. 3. Gas perfetti: energia interna e variabili di stato; leggi dei gas perfetti; temperatura assoluta; equazione di stato dei gas perfetti; energia interna nei gas perfetti. 4. Lavoro e calore nelle trasformazioni dei gas perfetti: trasformazioni isobare, trasformazioni qualsiasi, trasformazioni cicliche, calore scambiato nelle trasformazioni isoterme e adiabatiche. 1. Conoscere e saper descrivere il concetto di temperatura, il concetto di calore e quello di energia interna. 2. Saper enunciare e commentare il primo principio riconoscendone il significato di estensione del principio di conservazione dell energia 3. Conoscere e saper utilizzare le leggi di trasformazione dei gas ideali e l equazione di stato dei gas; 4. Saper caratterizzare le varie trasformazioni di un gas alla luce del 1 principio calcolando calori scambiati, lavoro prodotto, variazione di energia interna; 5. Saper applicare il 1 principio e le sue conseguenze all analisi di trasformazioni cicliche. Misura della temperatura di equilibrio; misura di calori specifici. Determinazione sperimentale delle leggi di trasformazione dei gas. Tempi: 1 mese al termine del secondo quadrimestre (se possibile) Verona, 21/09/06 Il docente (prof. Paolo Gini) Pagina 10