ANNO SCOLASTICO 2018/2019

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1 LICEO STATALE G. GALILEI ANNO SCOLASTICO 2018/2019 PERCORSO FORMATIVO PREVENTIVO DOCENTE Schiavon Roberto CLASSE III C SA DISCIPLINA Fisica 1 Programma ed Obiettivi In continuità con l attività svolta nel biennio, si proseguirà nella costruzione del linguaggio della fisica classica (grandezze fisiche, scalari e vettoriali, unità di misura) e si introdurranno alcuni elementi di fisica relativistica (lo spazio-tempo relativistici, grandezze cinematiche invarianti e non invarianti) con l obiettivo di portare lo studente a risolvere problemi, abituandolo a semplificare e modellizzare situazioni reali. Al tempo stesso gli esperimenti di laboratorio contribuiranno a definire con chiarezza il campo di indagine della disciplina e ad insegnare allo studente come esplorare fenomeni (sviluppare abilità relative alla misura), come descriverli con un linguaggio adeguato (incertezze, cifre significative di una misura, grafici). L attività sperimentale sarà accompagnata dalla scrittura di relazioni che rielaborino in maniera critica ogni esperimento eseguito. ARGOMENTO Conoscenze Abilità 1. Laboratorio Saranno svolte almeno 5 esperienze di laboratorio Utilizzare gli strumenti di misura. Riconoscere i diversi tipi di errore nella misura di una grandezza fisica. Esprimere il risultato di una misura con il corretto numero di cifre significative. Calcolare l errore nelle misure indirette. Valutare l ordine di grandezza. 2. Vettori Le grandezze scalari e grandezze vettoriali Le operazioni con i vettori: somma (metodo punta-coda e del parallelogramma), sottrazione, moltiplicazione, scomposizione e proiezione. Elementi di trigonometria: seno, coseno e tangente di un angolo. Rappresentazione cartesiana dei vettori e delle loro operazioni. Il prodotto scalare e il prodotto vettoriale. Usare la notazione scientifica. Distinguere le grandezze scalari da quelle vettoriali. Eseguire la somma di vettori con il metodo punta-coda e con il metodo del parallelogramma. Eseguire la sottrazione di due vettori e la moltiplicazione di un vettore per un numero. Eseguire la scomposizione di un vettore lungo due direzioni assegnate e proiettare un vettore lungo una direzione. Eseguire il prodotto scalare e quello vettoriale di due vettori. Saper scomporre un vettore nelle sue componenti cartesiane, con l utilizzo dei versori. Saper effettuare le operazioni tutte le precedenti con vettori dati in coordinate cartesiane. 3. Definizione operativa di spazio e tempo Comprendere il concetto di definizione operativa di una Cinematica Il sistema internazionale di misura grandezza fisica. L analisi dimensionale. Convertire la misura di una grandezza fisica da un unità I concetti di punto materiale, traiettoria, di misura a un altra. sistema di riferimento. Utilizzare multipli e sottomultipli di un unità. La velocità media e la velocità istantanea. Effettuare calcoli dimensionali. L accelerazione media e l accelerazione Riconoscere il sistema di riferimento associato a un istantanea. moto. Il moto rettilineo. Calcolare la velocità media, lo spazio percorso, Pro prv 3Fis19_SA prof. Roberto Schiavon Pagina 1 di 6

2 4. Cinematica relativistica 5. I princìpi della dinamica 6. Applicazioni dei princìpi della dinamica Il moto di caduta libera dei corpi. Principio di indipendenza dei moti Il moto parabolico Frequenza, periodo e velocità angolare Il moto circolare. Il moto armonico Eventi e osservatori. Il principio di relatività di Galilei L invarianza della velocità della luce L unità dello spazio-tempo Linee universo (traiettorie nello spazio-tempo) Osservatori relativistici a velocità costante L invarianza del quadrivettore s-t Leggi di trasformazione dello spazio, del tempo e della velocità Interazione vs Forza: il terzo principio della dinamica. Il carattere vettoriale delle forze. Il primo principio della dinamica. I sistemi di riferimento inerziali. Il secondo principio della dinamica. La massa inerziale di un corpo. La forza peso vs forza di gravità La massa gravitazionale Il centro di massa (baricentro) di un corpo. Il centro di massa di un sistema, formato da due o più particelle, su una retta. Il centro di massa di un sistema, formato da due o più particelle, su un piano. Le forze di attrito statico e di attrito dinamico. Le forze di tensione. Il concetto di equilibrio. Le condizioni di equilibrio in due dimensioni. l intervallo di tempo in un moto. Interpretare il coefficiente angolare del grafico spaziotempo. Calcolare la velocità istantanea, l accelerazione media. Interpretare i grafici spazio-tempo e velocità-tempo nel moto uniformemente accelerato. Calcolare l accelerazione da un grafico spazio-tempo. Ricavare lo spazio percorso da un grafico spazio-tempo. Utilizzare le equazioni del moto uniformemente accelerato per descrivere il moto di caduta libera. Saper calcolare lo spostamento subito da un corpo quando il moto avviene in due dimensioni. Saper applicare il principio di composizione dei moti e la legge di composizione delle velocità. Interpretare il moto dei proiettili con il principio di composizione dei moti. Saper calcolare altezza massima, tempo di volo e gittata nel moto di un proiettile lanciato anche in direzione obliqua. Calcolare le grandezze caratteristiche del moto circolare uniforme. Riconoscere e calcolare le grandezze significative del moto armonico. Applicare la legge oraria del moto armonico. Comprendere il concetto di evento e la sua caratteristica di invarianza. Distinguere fra grandezze invarianti e grandezze costanti. Rappresentare fenomeni ed eventi di cinematica in una mappa spazio-tempo. Convertire le misure di spazio tempo dal S.I. alle unità naturali. Conoscere il valore della velocità della luce Trasformare le misure di spazio, tempo e velocità di un Osservatore, nelle misure di un altro Osservatore, in MRU rispetto al primo. Saper riconoscere le diverse interazioni implicate in un fenomeno. Riconoscere il ruolo delle forze nel cambiamento di velocità dei corpi. Applicare il primo principio della dinamica. Riconoscere i sistemi di riferimento inerziali. Applicare il secondo principio della dinamica, ricorrendo anche alle componenti cartesiane di forza e accelerazione. Applicare il terzo principio della dinamica. Saper rappresentare le interazioni, presenti in un fenomeno, mediante coppie di forze Distinguere i concetti di massa gravitazionale e massa inerziale Distinguere fra peso e massa di un corpo. Individuare la posizione del centro di massa di particelle, in una o due dimensioni. Individuare la posizione del centro di massa di un corpo esteso. Riconoscere la presenza di forze apparenti nei sistemi di riferimento non inerziali. Saper determinare le forze apparenti. Riconoscere il baricentro come punto di applicazione Pro prv 3Fis19_SA prof. Roberto Schiavon Pagina 2 di 6

3 7. Lavoro ed energia 8. Impulso e quantità di moto 9. Cinematica e dinamica rotazionale La forza centripeta. La forza elastica. La legge di Hooke. La legge dell isocronismo del pendolo. Forze apparenti Il concetto di energia come proprietà estensiva e funzione di stato. Definizione di lavoro per una forza costante e per una forza variabile. Interpretazione del lavoro come flusso di energia L energia cinetica e la relazione tra variazione di energia cinetica e lavoro. L energia potenziale gravitazionale (approssimazione alla superficie terrestre) L energia potenziale elastica. Le forze conservative e le forze dissipative. La conservazione dell energia meccanica totale in presenza di forze conservative. Il principio di conservazione dell energia. La potenza. Energia di legame ed interpretazione energetica delle reazioni chimiche La quantità di moto di un corpo. La seconda legge della dinamica in termini di quantità di moto. L impulso di una forza. La relazione tra quantità di moto e impulso. La legge di conservazione della quantità di moto in un sistema isolato. Urti elastici e anelastici in una e in due dimensioni. La velocità del centro di massa. Il moto del centro di massa di un sistema isolato e di un sistema non isolato. Il concetto di corpo rigido. La velocità spostamento angolare e l accelerazione angolare. Relazioni tra grandezze angolari e tangenziali. La definizione, come prodotto vettoriale, di momento di una forza e di una coppia di forze. Le condizioni di equilibrio di un corpo rigido. La definizione di momento angolare. La legge di conservazione del momento angolare. La definizione di momento d inerzia di un corpo rigido. Il secondo principio della dinamica per un corpo in rotazione. L energia cinetica rotazionale. della forza peso. Saper determinare le forze di attrito statico e di attrito dinamico. Risolvere i problemi del moto in presenza di attrito. Saper calcolare la tensione di una fune. Determinare le condizioni di equilibrio nelle diverse situazioni, anche in presenza di attrito. Distinguere la forza centripeta dalla forza centrifuga. Saper applicare la legge di Hooke. Risolvere problemi sul moto in piani inclinati (con o senza attrito), sul moto armonico e sul moto del pendolo. Calcolare il lavoro fatto da una forza costante, in funzione dell angolo tra la direzione della forza e quella dello spostamento. Saper applicare il teorema dell energia cinetica. Calcolare l energia potenziale gravitazionale di un corpo. Determinare il lavoro svolto da forze conservative e non conservative. Riconoscere che, in presenza di forze non conservative, l energia meccanica non si conserva. Calcolare la potenza. Calcolare il lavoro compiuto da una forza variabile. Calcolare l energia potenziale elastica. Applicare il principio di conservazione dell energia Saper riconoscere le reazioni chimiche esotermiche ed endotermiche Calcolare l impulso di una forza. Calcolare la quantità di moto di un corpo. Applicare il teorema dell impulso. Applicare la legge di conservazione della quantità di moto. Saper distinguere tra urti elastici e urti anelastici. Analizzare casi di urti in una dimensione e in due dimensioni. Saper utilizzare, nella risoluzione dei problemi sulla quantità di moto, il carattere vettoriale della grandezza in questione. Analizzare il moto del centro di massa di sistemi isolati e non isolati. Saper applicare le relazioni tra le grandezze angolari e quelle tangenziali. Calcolare il momento delle forze e delle coppie di forze, applicate a un corpo rigido. Determinare le condizioni di equilibrio di un corpo. Calcolare il momento d inerzia di un corpo rigido. Applicare il secondo principio della dinamica a corpi in rotazione. Calcolare l energia cinetica di rotazione. Determinare il momento angolare di un corpo rigido. Applicare la legge di conservazione del momento angolare. 10. Le tre leggi di Keplero Utilizzare le leggi di Keplero nello studio del moto dei La gravitazione La legge di gravitazione universale. corpi celesti. dal P. di C. del momento angolare alla II L. di Applicare la legge di gravitazione di Newton. Pro prv 3Fis19_SA prof. Roberto Schiavon Pagina 3 di 6

4 11. I fluidi 12. Temperatura e calore K. e dalla L. di gravitazione universale alla III LdK Il principio di equivalenza tra massa gravitazionale e massa inerziale. Il moto dei satelliti in orbita circolare ed in orbita ellittica. Le forze mareali Il lavoro della forza gravitazionale e l energia potenziale gravitazionale. La velocità di fuga. Il concetto di pressione. Pressione e densità in un fluido statico. L equazione di continuità. Il Teorema di Bernoulli (TdB). Conseguenze del TdB: o La legge di Stevino. o Il principio di Pascal o Il teorema di Torricelli. Il principio di Archimede e il galleggiamento dei corpi. Il concetto di flusso viscoso e il coefficiente di viscosità. Definizione operativa di temperatura Le scale di temperatura. La dilatazione termica lineare e volumica dei corpi. Il Calore come flusso di energia. Il calorimetro. L equivalente meccanico della caloria. L energia interna. Capacità termica e calore specifico di una sostanza. I cambiamenti di stato. Il calore latente associato ad una trasformazione di stato Curva di vaporizzazione e curva di fusione. L umidità. La conduzione, la convezione e l irraggiamento. La legge di Stefan-Boltzmann. Comprendere la distinzione tra massa e peso. Analizzare il moto dei satelliti. Calcolare la velocità di un satellite che descrive orbite circolari e quella di un satellite che descrive orbite ellittiche. Descrivere una situazione di assenza apparente di gravità. Analizzare le caratteristiche del campo gravitazionale. Applicare il principio di conservazione dell energia nell analisi di moti in campi gravitazionali. Determinare la velocità di fuga da un pianeta. Calcolare la densità di un fluido. Calcolare la pressione nei fluidi. Applicare la legge di Stevino. Calcolare la pressione atmosferica. Riconoscere gli strumenti di misura della pressione atmosferica. Applicare il principio di Pascal e il principio di Archimede. Analizzare le condizioni di galleggiamento dei corpi. Descrivere il movimento dei fluidi mediante le linee di flusso. Applicare l equazione di continuità. Applicare l equazione di Bernoulli. Calcolare la velocità di efflusso. Riconoscere e utilizzare le diverse scale di temperatura. Calcolare le dilatazioni lineari e volumiche di solidi e liquidi, sottoposti a riscaldamento. Distinguere tra capacità termica di un corpo e calore specifico di una sostanza. Applicare l equazione fondamentale della calorimetria. Utilizzare il calorimetro per il calcolo dei calori specifici delle sostanze. Interpretare il concetto di calore latente. Calcolare l energia necessaria per ottenere i diversi cambiamenti di stato. Analizzare un diagramma di fase. Saper distinguere un vapore da un gas Calcolare l umidità relativa. Mettere in relazione alcuni fenomeni naturali con le conoscenze relative ai cambiamenti di stato. Distinguere i diversi meccanismi di trasmissione dell energia. Applicare la legge di Stefan-Boltzmann. 13. Il numero di Avogadro. Calcolare i valori di mole, massa molecolare di una Le leggi dei gas L unità di massa atomica e la massa sostanza e massa di una particella. ideali molecolare, la mole. Saper utilizzare l equazione di stato dei gas. e la teoria Gas reali e gas perfetti Applicare la legge di Boyle e le leggi di Gay-Lussac. cinetica Il gas perfetto e la temperatura assoluta. Interpretare la pressione esercitata da un gas in funzione L equazione di stato di un gas perfetto (EdS) degli urti tra le molecole del gas e le pareti del Casi particolari di applicazione dell EdS contenitore. o La legge di Boyle. Mettere in relazione la temperatura assoluta e l energia o Le leggi di Gay-Lussac. cinetica media delle molecole di un gas. La costante di Boltzmann. Calcolare la velocità quadratica media delle molecole e La teoria cinetica dei gas. analizzare la distribuzione delle velocità. La velocità quadratica media. Distinguere tra i calori specifici, a pressione e a volume La distribuzione delle velocità molecolari. costante, di un gas e saperli calcolare. L energia interna di un gas perfetto Applicare il teorema di equipartizione dell energia. monoatomico. Calcolare l energia interna di un gas perfetto Il teorema di equipartizione dell energia monoatomico. Interpretare il fenomeno della diffusione. Pro prv 3Fis19_SA prof. Roberto Schiavon Pagina 4 di 6

5 14. La Termodinamica 2 Metodi di insegnamento La diffusione. Il cammino libero medio. Concetto di sistema termodinamico. Il microstato ed il macrostato di un sistema termodinamico. L equilibrio termico. Il principio zero della termodinamica. Il primo principio della termodinamica e il suo significato. Le trasformazioni termodinamiche. Il lavoro termodinamico. Il lavoro compiuto nelle trasformazioni isoterme, adiabatiche, isobare e isocore di un gas perfetto. I calori specifici di un gas perfetto. Calcolare il cammino libero medio. Applicare il primo principio della termodinamica alle trasformazioni quasi-statiche. Calcolare il lavoro svolto nelle trasformazioni termodinamiche. L approccio ai vari argomenti è in generale per problemi e prevede uno sviluppo curriculare a spirale. Gli argomenti saranno sviluppati con un congruo numero di applicazioni, esercizi e problemi. Le lezioni si svolgeranno nella forma di lezione teorica (40%), attività di verifica e di rinforzo (20%), discussione e sistemazione dei lavori di gruppo svolti in laboratorio (10%) attività di laboratorio sia di Fisica che di Informatica (30%). L attività di recupero individuale sarà svolta in itinere all interno delle ore curriculari attraverso la discussione delle prove scritte e con lo svolgimento di esercizi di rinforzo. Gli studenti potranno volontariamente avvalersi dell azione degli studenti tutor e partecipare al Club delle Scienze. Se le carenze risulteranno particolarmente diffuse, come è consuetudine della scuola e nei limiti delle risorse finanziarie, potranno essere organizzati dei corsi di recupero, di norma a pacchetti di 8-10 ore in orario pomeridiano. 3 Mezzi di insegnamento In generale rimane predominante l uso del libro di testo e della sperimentazione diretta in laboratorio di Fisica. Tuttavia, la presenza in classe della LIM e la conoscenza che gli studenti hanno acquisito delle tecniche informatiche, permetterà di utilizzare ambienti informatici dedicati, immagini e filmati particolarmente significativi. 4 Spazi e tempi del percorso formativo Tenuto conto che ogni argomento si svolge mediamente con la suddivisione percentuale fra le varie attività indicata al punto 3, si procederà secondo la seguente scansione temporale tarata su un monte ore annuale effettivo medio di 90 ore. N.Ore ARGOMENTO 2 Vettori 8 Cinematica 7 Cinematica relativistica 2 I princìpi della dinamica 10 Applicazioni dei princìpi della dinamica 12 Lavoro ed energia 7 Impulso e quantità di moto 7 Cinematica e dinamica rotazionale 10 La gravitazione 5 I fluidi 4 Temperatura e calore 6 Le leggi dei gas ideali e la teoria cinetica Pro prv 3Fis19_SA prof. Roberto Schiavon Pagina 5 di 6

6 10 La Termodinamica 90 5 Attività Alcuni alunni parteciperanno alla prova locale delle Olimpiadi Europee di Scienze. 6 Criteri e strumenti di valutazione Le prove scritte, almeno due per quadrimestre, saranno diversificate e potranno comprendere una o più delle seguenti modalità: problemi la cui soluzione prevede l utilizzo di abilità cognitive di alto livello, quesiti teorici a risposta aperta sia contingentata sia libera, quesiti a risposta multipla, relazioni su lavori di approfondimento individuale, relazioni sull attività di laboratorio. La durata delle prove sarà di un ora. La valutazione è ottenuta con un procedimento a due fasi: a) l attribuzione di un punteggio sulla base di una tabella analitica delle soluzioni degli esercizi proposti che tiene conto essenzialmente delle difficoltà cognitive e della tipologia degli errori; b) l attribuzione del voto sulla base di una analisi statistica dei punteggi che cerca di evidenziare i risultati individuali relativamente ai risultati medi della classe. Per quanto riguarda la verifica orale si utilizzeranno varie forme di comunicazione: la classica interrogazione con domande sia teoriche che di risoluzione di esercizi alla lavagna, l esposizione breve da parte dell alunno di approfondimenti individuali, gli interventi spontanei dal posto. La valutazione farà riferimento agli aspetti linguistici, logici e semantici della prova. Inoltre, sarà valutata alla fine del quadrimestre la partecipazione e l impegno nei casi in cui si discosti positivamente o negativamente dalla media. Tale valutazione influirà sul voto orale quando previsto. La valutazione quadrimestrale e finale, lungi dall essere una media aritmetica delle valutazioni parziali, terrà conto in maniera ponderale delle varie risultanze, dell impegno e della partecipazione nonché del processo di apprendimento nel suo divenire. In generale, la valutazione scritta e orale si distinguerà per valutare le abilità più prettamente di calcolo ed intuitive (scritto) da quelle di tipo logico-deduttive ed espositive (orale). Dolo, 19/10/18 L insegnante (prof. Roberto Schiavon) Pro prv 3Fis19_SA prof. Roberto Schiavon Pagina 6 di 6