PIANO DI LAVORO ANNUALE

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1 Liceo Statale Galileo Galilei Dolo (VE) PIANO DI LAVORO ANNUALE Programmazione dell attività didattica di FISICA A. S. 2018/2019 Docente: Prof. ssa Sara Gobbato Classe 5 F PRESENTAZIONE E SITUAZIONE INIZIALE DELLA CLASSE La classe 5 F è una classe numerosa, composta da 30 studenti, 18 maschi e 12 femmine, tutti provenienti dalla quarta F dello scorso anno. Il comportamento in aula è generalmente positivo e l atteggiamento è collaborativo durante le lezioni. Il lavoro domestico viene svolto con alterna regolarità e con impegno diverso. Purtroppo gli studenti con un rendimento migliore non sono riusciti ad essere dei riferimenti positivi della classe, per la presenza di molti studenti con caratteristiche di leader, ma atteggiamento superficiale verso molte delle discipline scolastiche. In classe ci sono diversi studenti con PFP per atleti, che sono aiutati da un progetto promosso dal Coni, per i quali i tempi e i modi di verifica dovranno essere concordati. In ogni caso, nei momenti più importanti in classe si instaura una positiva collaborazione. Alcuni studenti mostrano difficoltà nella risoluzione dei problemi rivelando uno studio mnemonico e una superficiale comprensione degli argomenti studiati. Un problema di non poco conto riguarda l indirizzo di studi, soprattutto nei confronti di Matematica e Fisica. Per il Ministero le due discipline devono essere trattate come nel Liceo Scientifico, tanto che nella Nota Miur 3050 del 04/10/2018 riguardante la seconda prova scritta dell Esame di Stato è indicato chiaramente che si procederà alla redazione dei Quadri di riferimento per i Licei: tutti i percorsi, gli indirizzi, le opzioni, le sezioni (ad eccezione della sezione a indirizzo sportivo, che rientra in quadro comune con il Liceo scientifico) Tuttavia gli studenti del Liceo Scientifico sezione Sportiva hanno una serie di impegni di carattere sportivo non irrilevanti, molti di loro hanno un PFP sportivo, ma anche altri hanno impegni piuttosto rilevanti, per cui hanno meno tempo al pomeriggio per studiare, non solo, nel loro curriculum hanno altre discipline piuttosto impegnative, come Diritto o Discipline sportive. Sara Gobbato Fisica V F A. S / 8

2 PROFILO GENERALE E OBIETTIVI DEL SECONDO BIENNIO Profilo generale Lo studio della fisica dovrà contribuire a fornire lo studente di strumenti culturali e metodologici per una comprensione approfondita della realtà sviluppando un atteggiamento razionale, critico e progettuale di fronte alle situazioni, ai fenomeni e ai problemi. Il processo di apprendimento si concretizzerà nel: Conoscere i concetti fondamentali della fisica : le leggi, le teorie, il contesto storico e filosofico. Conoscere le grandezze fisiche, saper eseguire un controllo dimensionale e usare correttamente le unità di misura. Conoscere i vari aspetti del metodo sperimentale: la scelta delle variabili significative, la consapevolezza del significato di processo di misura, la capacità di raccolta e analisi dei dati, il controllo delle ipotesi interpretative. Formalizzare e risolvere problemi: formulare ipotesi, utilizzare in modo consapevole leggi e modelli, strumenti matematici o informatici. Inquadrare situazioni diverse in uno stesso schema logico, riconoscendo analogie e invarianti o differenze. Competenze base di fisica a conclusione del quinto anno Lo studente completerà lo studio dell elettromagnetismo con l induzione magnetica e le sue applicazioni, per giungere, privilegiando gli aspetti concettuali, alla sintesi costituita dalle equazioni di Maxwell. Lo studente affronterà anche lo studio delle onde elettromagnetiche, della loro produzione e propagazione, dei loro effetti e delle loro applicazioni nelle varie bande di frequenza. Il percorso didattico comprenderà le conoscenze sviluppate nel XX secolo relative al microcosmo e al macrocosmo, accostando le problematiche che storicamente hanno portato ai nuovi concetti di misura, di spazio e tempo, di massa ed energia ed alla nascita del concetto di quanto. In questo contesto saranno sviluppate, utilizzando un formalismo matematico accessibile agli studenti e ponendo sempre in evidenza i concetti fondanti, le due teorie fisiche fondamentali: la teoria della Relatività, Ristretta e Generale e la Meccanica Quantistica. A conclusione del percorso saranno sviluppati alcuni argomenti afferenti a tematiche di fisica moderna nel campo dell astrofisica, della cosmologia, della fisica delle particelle, della fisica nucleare, semiconduttori, Scienza dei Materiali. All inizio del percorso è previsto un consistente Ripasso ed Integrazione di argomenti relativi all elettrostatica ed alla magnetostatica sviluppati del quarto anno. Sara Gobbato Fisica V F A. S / 8

3 PROGRAMMA PREVENTIVO ARGOMENTO Conoscenze Competenze Fenomenologia dell interazione magnetica. L interazione magnetica come effetto relativistico su cariche in movimento Il campo magnetico: definizione operativa e caratteristiche. La forza di Lorentz. Saper mettere a confronto campo magnetico e campo elettrico. La regola della mano destra. Rappresentare le linee di forza del campo magnetico. Il moto di una carica in un campo elettrico e in un campo magnetico: il ciclotrone, il selettore di velocità, lo Determinare intensità, direzione e verso della forza spettrometro di massa. di Lorentz. L effetto Hall Descrivere il moto di una particella carica all interno di un campo magnetico. Interazioni La forza magnetica su un filo percorso da corrente e tra fili percorsi da corrente. Calcolare la forza magnetica su un filo percorso da magnetiche e corrente, tra fili percorsi da corrente e il momento Il momento torcente su una spira percorsa da corrente. torcente su una spira percorsa da corrente. campi magnetici Il motore elettrico. Descrivere il funzionamento di un motore elettrico. Campi magnetici generati da particolari disposizioni di (10%) Determinare tutte le caratteristiche del campo corrente: filo, piano, solenoide, avvolgimento toroidale. vettoriale generato da fili, spire e solenoidi percorsi La seconda regola della mano destra. da corrente. La legge di Biot-Savart. Le definizioni operative di ampere e coulomb. La risonanza magnetica. Calcolare la circuitazione di un campo magnetico con il teorema di Ampère. Il flusso del campo magnetico. Interpretare a livello microscopico le differenze tra i diversi materiali magnetici. Il teorema di Gauss. La circuitazione del campo magnetico. Il teorema di Ampère. Cenni sul magnetismo nella materia. Induzione elettromagnetica (20%) Equazioni di Maxwell e Onde elettromagnetiche (15%) La forza elettromagnetica indotta e le correnti indotte. La legge di Faraday-Neumann. La legge di Lenz. La mutua induzione e l autoinduzione. L induttanza. Circuiti RL. Analisi qualitativa e quantitativa. (*) L energia immagazzinata in un solenoide. Densità di energia del campo magnetico. L alternatore. La corrente alternata e definizione dei valori efficaci. Il trasformatore. I circuiti LC. Analisi qualitativa e quantitativa. Il campo elettrico indotto. La corrente di spostamento. Le equazioni di Maxwell del campo elettromagnetico. Caratteristiche dell equazione d onda. Generazione, propagazione e ricezione delle onde elettromagnetiche. Lo spettro elettromagnetico. L energia trasportata da un onda elettromagnetica. Relazione tra campo elettrico e campo magnetico in un onda elettromagnetica. L effetto Doppler per le o.e. La polarizzazione delle onde elettromagnetiche. La legge di Malus.(*) Descrivere esperimenti che mostrino il fenomeno dell'induzione elettromagnetica Ricavare la legge di Faraday-Neumann. Interpretare la legge di Lenz in funzione del principio di conservazione dell energia. Applicare la legge di Faraday-Lenz Saper descrivere un circuito RL nella fase di chiusura e apertura del circuito. (*) Calcolare l energia immagazzinata nel solenoide Calcolare le variazioni di flusso di campo magnetico Calcolare correnti indotte e forze elettro motrici indotte Calcolare l induttanza di un solenoide e l energia in esso immagazzinata. Calcolare i valori delle grandezze elettriche efficaci. Analizzare e risolvere i circuiti LC. Confrontare risonanza meccanica e risonanza elettrica. Collegare il campo elettrico indotto e il campo magnetico variabile. Dedurre l equazione dell o.e. dalle E. di Maxwell Dimostrare che la velocità delle o.e. nel vuoto è la velocità della luce ed è invariante. Descrivere i meccanismi di generazione, propagazione e ricezione delle onde elettromagnetiche. Distinguere le varie parti dello spettro elettromagnetico. Calcolare la densità di energia di un onda elettromagnetica Applicare l effetto Doppler alle onde elettromagnetiche. Comprendere il concetto di polarizzazione delle onde elettromagnetiche. Applicare la legge di Malus.(*) Sara Gobbato Fisica V F A. S / 8

4 Relatività ristretta e generale (25%) Meccanica Quantistica (25%) Fisica nucleare e particelle elementari (15%) Laboratorio Ripasso ed approfondimento dei seguenti argomenti di cinematica relativistica: Eventi ed osservatori I postulati della relatività ristretta: il principio di relatività e il principio di invarianza della velocità della luce. L invarianza dell intervallo spazio-tempo La relatività del tempo e dello spazio: dilatazione temporale e contrazione delle lunghezze. Legge di addizione relativistica delle velocità; L esperimento di Michelson-Morley. Mappe spazio-tempo; Il cono di luce e la sua interpretazione in termini di principio di causalità; la relatività della simultaneità Trasformazioni di Lorentz La quantità di moto relativistica. L equivalenza massa-energia. L energia cinetica relativistica. La velocità limite. Il principio di equivalenza fra massa inerziale e gravitazionale. La curvatura dello spazio-tempo Effetto Doppler gravitazionale.(*) L effetto fotoelettrico. L ipotesi di quantizzazione di Planck. L ipotesi del fotone e la sua energia. Le caratteristiche del modello di Bohr dell atomo di idrogeno. Le energie e i raggi delle orbite di Bohr. Lo spettro a righe dell atomo di idrogeno. La lunghezza d onda di de Broglie e l interpretazione delle regole di quantizzazione dell atomo di Bohr. La quantità di moto di un fotone e l effetto Compton. L interferenza fra elettroni La dualità onda-corpuscolo. Il principio di indeterminazione di Heisenberg. Stati indipendenti e stati Entangled (*) Esperimento di Aspect con fotoni Entangled e sua interpretazione mediante la disuguaglianza di Bell (*) La struttura del nucleo: numero atomico e numero di massa. L unità di massa atomica. L interazione nucleare forte. L energia di legame per nucleone. Fissione e Fusione nucleare Decadimenti radioattivi a, b, g. La legge del decadimento radioattivo. Il neutrino. (*) Distinzione fra Bosoni e Fermioni (principio di esclusione di Pauli) (*) La classificazione delle particelle. (*) Saranno svolte almeno 3 esperienze fra quelle elencate Studio del freno elettromagnetico Misura del campo magnetico all interno di bobine Circuiti logici DDL Equivalenza fra sistemi accelerati e gravitanti (bottiglia) Utilizzo del foglio elettronico per la rappresentazione e lo studio delle caratteristiche dei pacchetti d onda; Simulazione dell esperimento di Aspect Saper applicare le equazioni per la dilatazione dei tempi, individuando correttamente il tempo proprio e il tempo dilatato. Saper distinguere, nel calcolo delle distanze, tra lunghezza propria e lunghezza contratta. Saper applicare le relazioni sulla dilatazione dei tempi e contrazione delle lunghezze Utilizzare le trasformazioni di Lorentz Applicare la legge di addizione relativistica delle velocità Mettere a confronto quantità di moto relativistiche e non relativistiche. Comprendere la relazione di equivalenza tra massa ed energia ed applicarla nel calcolo di energie o variazioni di massa. Saper risolvere semplici problemi di cinematica e dinamica relativistica Saper risolvere semplici problemi su urti e decadimenti di particelle: annichilazione e creazione di particelle Interpretazione relativistica di alcuni fenomeni astronomici: lente gravitazionale, anelli di Einstein (*) Calcolare l energia dei fotoni. Descrivere l effetto fotoelettrico secondo Einstein. Calcolare la variazione della lunghezza d onda nell effetto Compton. Descrivere la dualità onda-corpuscolo. Calcolare la lunghezza d onda di de Broglie associata a una particella. Applicare il principio di indeterminazione di Heisenberg. Applicare la legge del decadimento radioattivo per il calcolo delle diverse grandezze che in essa compaiono. Applicare la legge del decadimento radioattivo nella datazione di reperti. Distinguere le reazioni nucleari spontanee dalle reazioni nucleari indotte. Utilizzare gli strumenti di misura per misurare tensioni elettriche, resistenze ed intensità di corrente. Riconoscere i diversi tipi di errore nella misura di una grandezza fisica. Saper determinare l errore nelle misure indirette. Esprimere il risultato di una misura con il corretto numero di cifre significative. Saper utilizzare l ordine di grandezza e la notazione scientifica. Aver compreso il significato di esperimento mentale. (Gedankenexperiment) (*) Gli argomenti saranno svolti solo parzialmente e in presenza di condizioni favorevoli. Sara Gobbato Fisica V F A. S / 8

5 Settembre Ripasso TEMPI PREVISTI I quadrimestre Ottobre Induzione elettromagnetica Novembre Induzione elettromagnetica Equazioni di Maxwell e Onde elettromagnetiche Dicembre Equazioni di Maxwell e Onde elettromagnetiche Gennaio Relatività ristretta e generale II quadrimestre Febbraio Relatività ristretta e generale, Meccanica quantistica Marzo Meccanica quantistica. Aprile Meccanica quantistica. Fisica nucleare e particelle elementari. Maggio Fisica nucleare e particelle elementari. Simulazioni di Prove d esame Giugno Simulazioni di Prove d esame Sara Gobbato Fisica V F A. S / 8

6 METODOLOGIA DIDATTICA Modalità di lavoro Tutti gli argomenti saranno sviluppati con un congruo numero di applicazioni e semplici problemi e spesso verranno introdotti con opportuni riferimenti storici. Si porrà inoltre una particolare attenzione alle grandezze fisiche utilizzate, abituando gli studenti al controllo dimensionale e ad un uso corretto delle unità di misura. La valutazione è solo orale. Il metodo di insegnamento verrà articolato a seconda dei diversi momenti, delle esigenze della classe e dei particolari aspetti del programma, privilegiando l'approccio per problemi. Principalmente verranno tenute lezioni frontali introducendo i nuovi argomenti con l analisi di fenomeni fisici vicini alla realtà degli studenti; quindi si procederà alla sistematizzazione teorico-formale a cui seguiranno varie applicazioni. Durante le spiegazioni l'insegnante cercherà di instaurare un dialogo costante con la classe, facendo intervenire i ragazzi stessi per descrivere un particolare fenomeno, per risolvere un nuovo problema o per fare un controllo dimensionale; in questo modo si cercherà di sviluppare nei discenti: le capacità intuitive, di analisi e di descrizione di situazioni reali. La docente sta frequentando un corso di aggiornamento sulle onde e l uso del laboratorio per comprenderle pienamente. Nel corso dell anno scolastico saranno effettuati degli esperimenti sulle onde, seguiti a distanza dal team di ColLabora dell Università di Padova. Strumenti di lavoro Il principale strumento di lavoro è il libro di testo, del quale si utilizzano i volumi 1 e 2: di Cutnell, Johnson, Young, Stadler I problemi della fisica 2 Zanichelli di Cutnell, Johnson, Young, Stadler I problemi della fisica 3 Zanichelli Altro strumento indispensabile in classe è la lavagna per spiegazioni ed esercizi, in particolare la LIM che permette anche la visione di filmati. I laboratori di fisica verranno utilizzati per un minimo di 4h all'anno. Si utilizzeranno libri e riviste invitando gli studenti a frequentare sia la biblioteca scolastica che la rete internet, imparando ad usare in modo critico e consapevole il materiale in essa contenuto. Criteri di valutazione e modalità di verifica La valutazione è parte integrante della programmazione didattica in quanto fornisce i dati per guidare e migliorare il processo di insegnamento-apprendimento; i parametri disciplinari su cui essa si basa sono: apprendimento del linguaggio della disciplina, capacità di osservazione di un fenomeno, misurazione corretta facendo uso consapevole della strumentazione di laboratorio, confronto tra deduzioni teoriche e dati sperimentali, risoluzione di problemi applicando opportunamente le leggi fisiche studiate; semplificazione e modellizzazione di situazioni reali. Il voto unico anche al primo quadrimestre, stabilito dal Collegio Docenti, permette una certa flessibilità nelle tipologie di prove atte a valutare la preparazione di ciascun allievo, nelle prove saranno valutate: la correttezza nell applicazione di regole e procedure, l ordine ed il rigore logico, la completezza delle soluzioni, l originalità nell individuazione del percorso risolutivo, la capacità di sintesi, la chiarezza concettuale, l uso del linguaggio specifico. In particolare il Dipartimento ha stabilito che la valutazione quindi si baserà su almeno 3 prove a quadrimestre, fatte secondo la normativa vigente, che potranno essere: prove scritte, risoluzione di problemi, test a risposta multipla, questionari a risposta aperta o brevi trattazioni di argomenti teorici; prove orali, interrogazioni sugli aspetti teorici della disciplina, con risoluzione di esercizi o problemi, oppure esposizioni di approfondimenti individuali; Sara Gobbato Fisica V F A. S / 8

7 relazioni di laboratorio che saranno svolte in parte in classe e in parte a casa; partecipazione seria e produttiva alle attività di laboratorio; ogni altro elemento che possa contribuire a valutare il contributo attivo dello studente nella disciplina: partecipazione attiva alle lezioni, impegno e puntualità nell esecuzione dei lavori assegnati in classe e per casa. Le varie prove, a seconda della tipologia, avranno peso diverso nella valutazione. Il voto finale quindi sarà frutto di una media ponderata dei voti conseguiti durante l anno. GRIGLIA DI VALUTAZIONE Lo studente dimostra di avere conoscenze frammentarie e lacunose e/o commette gravi errori; presenta difficoltà a completare le applicazioni di base o denota scarsa coerenza nel descrivere i vari fenomeni fisici; commette errori nell'applicazioni delle proprietà matematiche e/o non utilizza correttamente i vari termini scientifici. Lo studente dimostra di avere conoscenze superficiali ed incomplete e commette molti errori; presenta difficoltà a completare alcune applicazioni di base e/o sa descrivere solo alcuni fenomeni fisici; fa confusione nell'applicazione di qualche proprietà matematica e/o nell utilizzo della terminologia scientifica. Lo studente dimostra di possedere conoscenze parziali e/o commette qualche errore nelle applicazioni standard; denota difficoltà a completare gli esercizi e/o a condurre autonomamente la descrizione di un fenomeno fisico; evidenzia incertezze nell'applicazione di alcune proprietà matematiche e/o nell utilizzo del linguaggio scientifico. Lo studente dimostra di conoscere i vari argomenti; esegue le applicazioni standard ma denota incertezze nell'affrontare le parti più impegnative; evidenzia qualche intuizione e/o sa descrivere i fenomeni fisici studiati seppur con alcune imprecisioni; conosce ed utilizza correttamente le strutture essenziali della matematica e del linguaggio scientifico. Lo studente dimostra di avere conoscenze puntuali; esegue con una sicurezza le applicazioni di media difficoltà ma denota qualche incertezze nell'affrontare punti più complessi; evidenzia capacità intuitive e sa descrivere i fenomeni fisici affrontati con qualche imprecisione; conosce ed utilizza correttamente le proprietà matematiche ed il linguaggio scientifico anche se non completa le parti più impegnative. Lo studente dimostra di avere buone conoscenze nelle varie parti del programma; evidenzia capacità intuitive e logiche nell'effettuare deduzioni e ragionamenti di una certa complessità anche se con qualche imperfezione; sa effettuare correttamente la descrizione di un fenomeno fisico non particolarmente complesso; conosce ed applica correttamente e completamente le varie procedure matematiche ed utilizza correttamente il linguaggio scientifico. Lo studente dimostra di avere ottime conoscenze nelle varie parti del programma e sa operare collegamenti; evidenzia capacità intuitive e logiche nell'effettuare deduzioni e ragionamenti complessi; ha effettuato approfondimenti personali di rilievo; sa esprimere riflessioni ponderate e personali sul testo proposto; sa effettuare correttamente la descrizione fenomeno fisico complesso; sceglie e applica con sicurezza le varie procedure matematiche denotando ottime capacità di sintesi ed utilizza consapevolmente, denotando eleganza formale, il linguaggio scientifico. Voto Sara Gobbato Fisica V F A. S / 8

8 Attività di recupero e sostegno Le attività di recupero e sostegno saranno svolte preferibilmente in orario curricolare, anche se con varie modalità. In particolare sarà privilegiata la fase preventiva, attraverso il cooperative learning o altre attività collaborative. L insegnante collabora con il sito di Matematicamente ( ) ed è uno dei moderatori del forum ( ), con il Il forum ha un area riservata allo studio della fisica, gli studenti interessati possono postare le loro difficoltà e potranno essere aiutati dal docente o da altri utenti del forum. Attività di approfondimento La classe partecipa alle Olimpiadi della fisica. Un breve corso, attuato nell area del Club delle scienze riservata all approfondimento, sarà riservato agli studenti che superano la prima fase delle Olimpiadi. La classe ha visitato il CERN di Ginevra, con una guida dedicata che ha permesso di vedere il centro di collaudo e una ricostruzione di parte del rivelatore Alice, ha inoltre visitato le mostre permanenti presso la struttura. In quell occasione c è stata la possibilità di effettuare anche una visita guidata all ONU. INDICE PIANO DI LAVORO ANNUALE... 1 Presentazione e situazione iniziale della classe... 1 Profilo generale e obiettivi del SECONDO Biennio... 2 Profilo generale... 2 Competenze base di fisica a conclusione del quinto anno... 2 Programma preventivo... 3 Interazioni magnetiche e campi magnetici... 3 Induzione elettromagnetica... 3 Equazioni di Maxwell e Onde elettromagnetiche... 3 Relatività ristretta e generale... 4 Meccanica Quantistica... 4 Fisica nucleare e particelle elementari... 4 Laboratorio... 4 Tempi previsti... 5 Metodologia didattica... 6 Modalità di lavoro... 6 Strumenti di lavoro... 6 Criteri di valutazione e modalità di verifica... 6 GRIGLIA DI VALUTAZIONE... 7 Attività di recupero e sostegno... 8 Attività di approfondimento... 8 Indice... 8 Dolo, 20 ottobre 2018 Firma del docente Prof. Sara Gobbato Sara Gobbato Fisica V F A. S / 8